Тема 2

Тема 2.4 Выбор и обоснование выбора оборудования для сборки и сварки. Выбор и обоснование выбора сварочных материалов.

Методическая разработка учебного занятия

Тема занятия: ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СБОРКИ И СВАРКИ.

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Вид занятия: лекция

Цели занятия:

Образовательная:

- Обеспечить усвоение следующих основных задач:

1.Выбор и обоснование выбора оборудования для сборки и сварки;

2. Выбор и обоснование выбора сварочных материалов

Воспитательная:

- показать значение данной темы для дальнейшего изучения дисциплины;

- формирование у студентов интереса к будущей профессии

Развивающая:

- расширение кругозора студентов по данной теме

- развитие у студентов творческого подхода к изучению предмета

Ожидаемые результаты занятия:

Студент должен:

Иметь представление:

- о разнообразии сборочно-сварочных приспособлений;

- о технических возможностях типовых сборочно-сварочных приспособлений;

Знать:

- способы фиксирования деталей;

- способы и приемы закрепления деталей в заданном положении;

- нормативный расход сварочных материалов (защитные газы, флюсы, электроды, электродная проволока);

- принципы выбора электродов и электродной проволоки;

- основные характеристики сварочных материалов.

Уметь:

- использовать различные унифицированные и специальные приспособления для сборки и сварки конструкций;

Межпредметные связи:

Обеспечивающие: оборудование, механизация и автоматизация сварочного производства; технология электрической сварки плавлением

Обеспечиваемые: курсовое и дипломное проектирование

Обеспечение занятия:

Наглядные пособия:

Технические средства обучения:

Учебные места: кабинет ТЭСП

Литература:

Основная: 1) Куркин С.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве – М.: Высшая школа, 1991

Дополнительная: Маслов Б.Г. Производство сварных конструкций – М.: Издательский центр «Академия», 2008

Ход занятия.

Ход занятия | Деятельность преподавателя | Деятельность студентов
1. Организационный момент | Сообщение студентам темы и задач занятия. Проверка готовности к уроку. | Наличие на столе рабочей тетради, письменных принадлежностей.
2. Изучение нового материала | Сообщает содержание этапов занятия | Записывают в тетрадях вопросы необходимые для изучения
3. Закрепление нового материала | Задает вопросы для повторения пройденного материала | Отвечают на поставленные вопросы
4. Домашнее задание | Стр. 55 |
5. Подведение итогов занятия | Объявляет итоги занятия. |

Вопросы, изучаемые на уроке:

1. Оборудование, применяемое для сборки и сварки конструкций;

2. Требования к сборочно - сварочным приспособлениям;

3. Порядок проектирования сборочно-сварочных приспособлений

4. Основные элементы сборочно-сварочных приспособлений

5. Основные характеристики сварочных материалов;

6. Определение расхода сварочных материалов;

7. Выбор сварочных материалов

Вопросы для самостоятельного изучения:

1. Использование промышленных роботов в сварочном производстве;

Изучение нового материала

Вопрос 1. Оборудование, применяемое для сборки и сварки конструкций

Важным элементом технологического процесса производства сварных конструкций, в значительной степени определяющим качество их изготовления, является выбор или разработка технологической оснастки.

Технологическая оснастка — средство технологического оснащения, дополняющее технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса.

Приспособлением называют технологическую оснастку, предназначенную для установки или направления предмета труда или инструмента при выполнении технологической операции. Приспособления позволяют облегчить сборку узла машины, обеспечить необходимую точность в процессе сборки и последующей сварки изделия. Применение приспособлений позволяет уменьшить трудоемкость работ, повысить производительность и улучшить условия труда, расширить технологические возможности основного оборудования и повысить безопасность проведения работ.

Сборочно-сварочными приспособлениями называют дополнительные технологические устройства к стандартному оборудованию, используемые для выполнения различных технологических операций. Приспособления могут входить в состав комплексно-механизированных рабочих мест, встраиваться в технологические линии или использоваться самостоятельно.

Классификация сборочно-сварочных приспособлений.

Сборочно-сварочные приспособления классифицируют:

- по выполняемым технологическим операциям;

- виду обработки и методам сварки;

- степени специализации;

- уровню механизации и автоматизации;

- виду установки;

- необходимости и возможности поворота;

- источнику энергии силового привода.

Различают приспособления:

- для разметки заготовок;

- термической или механической обработки свариваемых элементов;

- сборки под сварку;

- сварки;

- контроля качества;

- правки изделий;

- покраски и маркировки изделий и т.д.

Применяют приспособления для дуговой, электрошлаковой и контактной сварки, для наплавки, напыления, пайки и т. п.

Специализированные приспособления предназначены для выполнения какой-либо определенной операции при изготовлении элементов и узлов изделия в условиях серийного и массового производства. Переналаживаемые приспособления служат для выполнения определенной операции для группы однотипных изделий в условиях мелкосерийного производства. Универсальные приспособления предназначены для выполнения различных технологических операций в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Приспособления могут быть ручными, механизированными, полуавтоматическими и автоматическими; по виду установки различают стационарные, передвижные и переносные приспособления, которые могут быть поворотными и неповоротными. В зависимости от источников энергии силового привода различают ручные, пневматические, гидравлические, электромеханические, магнитные, вакуумные и центробежно-инерционные приспособления.

В единичном и мелкосерийном производстве и при монтажных работах следует применять ручные, универсальные, переносные приспособления с винтовыми, клиновыми, пружинными и магнитными прижимами.

В условиях серийного и массового производства используют специальные приспособления с быстродействующими механизмами загрузки, установки, зажатия, разгрузки, поворота и т.п. свариваемых элементов.

Вопрос 2. Требования к сборочно-сварочным приспособления

На выбор типа технологической оснастки и сборочно-сварочных приспособлений оказывают влияние:

характер производства (единичное, серийное, массовое);

особенности конструкции сварного узла;

требования к точности сборки и качеству сварного соединения;

технология изготовления заготовок;

способ сварки и ряд других факторов.

Конструктивное исполнение оснастки влияет на выбор средств межоперационного транспорта и регламентирует степень механизации всего процесса изготовления изделий.

Сборочно-сварочная оснастка обладает рядом специфических особенностей, отличающих ее от оснастки, обычно применяемой в машиностроении.

Изделие под сварку собирают обычно из значительного числа различных деталей, установка которых на приспособлении ведется последовательно, а фиксирование их чаще всего осуществляется независимо друг от друга. В этих приспособлениях крепление изделий должно обеспечить их полную неподвижность и процессе механической обработки.

В сварочных приспособлениях часто является необходимым свободное перемещение свариваемых деталей за счет изменения их размеров в процессе нагрева и охлаждения при сварке. В связи с этим в сварочных приспособлениях часто применяют комбинированную сборку деталей, предусматривающую жесткую установку одних деталей в сочетании со свободной установкой других, фиксируемых по разметке или по жестко установленным деталям.

Сварочные приспособления, как правило, не воспринимают в работе каких-либо значительных внешних усилий, кроме усилий от зажимных элементов или массы устанавливаемых деталей. С другой стороны, они подвержены местному воздействию высоких температур, развиваемых при прихватке и, в еще большей степени* в процессе сварки. В связи с этим одной из важнейших функций таких приспособлений является уменьшение деформирования конструкций, развивающегося вследствие температурных воздействий.

Сборочно-сварочная оснастка должна обеспечивать:

- пространственное размещение деталей в свариваемом узле, исключая операцию подгонки, а также быстроту и надежность
базирования и закрепления изделия в приспособлении;

- точность сборки в пределах допусков, установленных чертежом;

- удобство доступа к местам прихватов и сварки;

- наиболее выгодный порядок сборки и последовательность наложения сварных швов;

- соблюдение заданного размера (зазора) между кромками свариваемых деталей;

- надежное закрепление свариваемого изделия силовыми прижимами — винтовыми, пневматическими и гидравлическими;

- возможность сварки в нижнем положении;

- быстрый отвод теплоты от мест интенсивного нагрева;

- снижение сварочных деформаций в свариваемом узле;

- надежную защиту базовых и установочных поверхностей, силовых элементов (штоков цилиндров, резьбовых поверхностей силовых зажимов и др.), а также корпуса самой оснастки от прилипания сварочных брызг;

- надежный токоподвод для создания условий стабильного режима сварки с целью устранения прихватки поворотных цапф кантователей к корпусу технологический оснастки и для нормальной работы подшипников качения в механизме поворота планшайб;

- возможность механизации транспортных операций.

Элементы сборочно-сварочных приспособлений должны быть достаточно прочными и жесткими для точного закрепления изделия в требуемом положении и для исключения его деформаций при сварке.

Зажимные и установочные элемент (шаблоны, упоры, фиксаторы) сварочной оснастки не должны создавать заклинивания под действием сварочных деформаций цементов свариваемого или собираемого на прихватках узла, при необходимости они должны обеспечивать сдвиг детали в сторону от установочных элементов, а уже затем свободный съем узла.

Вся технологическая оснастка должна удовлетворять требованиям техники безопасности.

Вопрос 3. Порядок проектирования сборочно-сварочных приспособлений

Исходными данными для выбора или разработки сборочно-сварочных приспособлений являются:

- чертежи деталей и сварной конструкции в целом;

- технологический процесс изготовления конструкции;

- технические условия на изготовление и приемку конструкции;

- производственная программа, назначение и условия эксплуатации приспособления.

Сначала разрабатывают принципиальную схему приспособления на основе общих принципов базирования и зажима деталей в приспособлении с расчетом прочности или жесткости его элементов, а затем разрабатывают общий вид приспособления с учетом силового привода и точности исполнительных размеров.

К материалам, позволяющим ускорить процесс проектирования приспособления и его изготовления, относятся альбомы стандартных и нормализованных деталей и узлов приспособлений и альбомы типовых приспособлений и их узлов.

На основе исходных данных составляют техническое задание на проектирование, содержащее перечень основных, принципиальных положений, которым должно удовлетворять приспособление: назначение (сборочное, сварочное или сборочно- сварочное), тип (универсальное, переналаживаемое или специальное), а также требования к приспособлению с конструктивных и технологических позиций.

Техническое задание разрабатывают в соответствии с технологическим процессом изготовления конструкции; оно должно быть утверждено главным технологом или главным сварщиком предприятия.

Проектирование приспособлений обычно выполняют в следующей последовательности:

• по сборочному чертежу изделия определяют базовую деталь и
устанавливают базовые поверхности для фиксирования или крепления в приспособлении;

• определяют усилия, действующие на приспособление в процессе его эксплуатации;

• разрабатывают принципиальную схему приспособления;

• разрабатывают конструктивную схему или эскизную компоновку приспособления и последующим расчетом или конструктивно определяют размеры его основных деталей;

• окончательно оформляют конструкцию приспособления в виде
сборочных чертежей;

• определяют экономическую эффективность применения предлагаемого приспособления;

• при благоприятных результатах расчета экономической эффективности разрабатывают рабочие чертежи приспособления.

Следует всегда стремиться к тому, чтобы приспособление обеспечивало требуемое качество выполнения операции и в то же время было простым по конструктивному исполнению.

При конструировании приспособления необходимо учитывать простоту загрузки деталей и заготовок, жесткость их закрепления, безопасность работы. Основные элементы приспособления следует выбирать из числа типовых элементов, применяемых на предприятиях. После разработки приспособления необходимо определить его эффективность и окупаемость в производстве. В заключение выполняется деталировка приспособления и оформляется вся документация.

Кинематические расчеты сборочно-сварочной оснастки чаще всего не сложны. Наибольшую сложность представляют расчеты деталей на работоспособность.

Основными условиями, определяющими работоспособность элементов сборочно-сварочных приспособлений, являются их достаточная прочность при действии постоянных нагрузок и сопротивляемость механическому износу.

В процессе конструирования оснастки необходимо выполнить расчеты по определению усилий зажима деталей в зависимости от величин сварочных деформаций и точности базирования, которые определяют требуемую точность изготовления сварного изделия, а также основных параметров силового привода.

Последовательность проектирования сборочно-сварочных приспособлений сводится обычно к следующим этапам:

• определение рационального порядка установки деталей в приспособление и наложения сварных швов;

• выбор базовых элементов и поверхностей;

• выбор типа опорных и зажимных элементов;

• разработка компоновочной схемы приспособления;

• проектирование элементов приспособления;

• компоновка отдельных элементов приспособления в соответствии с его общей компоновочной схемой.

Конструкция приспособления должна отвечать ряду требований, учитываемых как при выборе его отдельных элементов, так и при их общей компоновке.

Приспособление должно обеспечивать получение заданной точности, что достигается выбором соответствующих элементов, определяющих положение свариваемых деталей, жесткостью корпуса и надежностью работы зажимных механизмов. Приспособление должно обеспечивать заданную производительность за счет элементов механизации и автоматизации отдельных операций.

Приспособление должно иметь следующие характеристики:

- обладать хорошей ремонтопригодностью для быстрой замены изнашивающихся деталей;

- быть удобным в эксплуатации;

- обеспечивать свободный доступ при установке и снятии деталей или узлов;

- облегчать труд рабочего;

- обеспечивать безопасность проведения работ за счет применения зажимных механизмов с самотормозящимися звеньями, блокировочных и защитных устройств.

При разработке приспособлений следует руководствоваться эргономическими принципами художественного конструирования машин и механизмов. В сложных вариантах следует готовить модели или макеты приспособлений с целью проверки вариантов композиционных решений.

На конструкцию приспособления существенно влияют условия его эксплуатации: место размещения с учетом возможности крепления к колоннам или стенам цеха, наличие и характер имеющихся грузоподъемных и транспортных средств, наличие энергетических средств (воздух, вода, электроэнергия и т.п.).

Вопрос 4. Основные элементы сборочно-сварочных приспособлений

В приспособлении можно выделить следующие основные элементы:

- установочные поверхности и детали;

- фиксаторы;

- прижимы (механические, пневматические, гидравлические, магнитные и комбинированные);

- стягивающие и распорные устройства.

Установочные поверхности и детали. Установочная поверхность приспособления — это поверхность, на которую укладывают (базируют) заготовку. Кроме того, в приспособлении имеются направляющие и упорные поверхности. При использовании приспособлений необходимо проверять их точность. Для этого базовые поверхности, которые имеют установочные детали, должны отвечать определенным требованиям:

- обладать достаточно высокой твердостью и хорошей износостойкостью;

- допускать замену в случае повреждения или износа;

- иметь небольшую площадь контакта с устанавливаемой деталью и малые габаритные размеры.

Установочные детали — основные опоры выполняют и виде опорных штырей и пластин, пальцев, призм, ложементов, шаблонов и т.д.

Опорные штыри с плоской, сферической или насеченной поверхностью головки применяют при установке заготовок деталей с обработанной или необработанной поверхностями соответственно. При применении опорных пластин заготовки и детали устанавливают в плоских или косых пазах.

Установочные пальцы служат для установки заготовок на них по одному или двум отверстиям. Призмы являются основными опорами для заготовок, имеющих цилиндрическую форму.

Шаблоны, фиксаторы и упоры. Шаблоны используют для установки и фиксации в приспособлении деталей относительно других деталей этого же узла или каких-либо опорных поверхностей контура изделия.

Фиксаторы служат для ориентировки собираемых деталей в приспособлении и фиксации их в определенном положении. В эту группу ходят упоры и ранее указанные установочные пальцы, призмы, шаблоны.

Упоры предназначены для фиксации и крепления одной или двух деталей в горизонтальной или вертикальной плоскостях. Упоры могут быть постоянными, съемными, поворотными и откидными.

Рис. 1. Типы упоров в приспособлениях:

а – постоянный; б – съемный; в – поворотный; г – откидной

При конструировании упоров, как правило, никаких расчетов не производят, их размеры выбирают из конструктивных соображений исходя из условий эксплуатации и технологии изготовления конструкции.

Прижимы. Для закрепления в определенном положении деталей при сборке и прихватке, а также для предотвращения смещения изделий в процессе сварки или пайки предназначены прижимы.

По конструктивному исполнению различают постоянные, поворотные и откидные прижимы. Поворотные и откидные прижимы используют, когда съем прихваченного или сваренного изделия с приспособления затруднен.

По способу получения усилия зажатия их можно подразделить на механические, пневматические, гидравлические и магнитные.

К механическим прижимам относятся клиновые, рычажные и др.

Клиновые прижимы являются наиболее простыми в изготовлении и позволяют создавать большие усилия зажатия. По производительности этот тип относится к медленнодействующим. Клиновые прижимы, не связанные с другими звеньями (пневматическими, рычажными, винтовыми и др.), должны быть самотормозящимися, т.е. угол скоса клина должен быть меньше между клином и деталью. Клиновые прижимы для тонколистовых конструкций используют очень редко. Более широкое применение находят комбинированные клиновые устройства (рис. 2)

Клиновые механизмы просты в изготовлении, надежны в работе и имеют небольшие размеры. Сила зажатия, создаваемая клиновым механизмом, возрастает с уменьшением угла наклона клина. Для уменьшения потерь на трение следует устанавливать роликовую опору для клина и ролик 3 на конце передающего плунжера или рычага.

Рис. 2. Комбинированный пневморычажный прижим с плоским односкосным клином:

1 — рычаг; 2 — клин; 3 — ролик; 4 — пневмоцилиндр

Винтовые прижимы являются наиболее распространенным типом механических прижимов (рис. 3), состоят из корпуса, винта и гайки.

Рис. 3. Винтовые прижимы: а — откидной; б — поворотный

При зажатии в них вращается винт, иногда гайка. Для предохранения от повреждения поверхности зажимаемой детали и увеличения площади соприкосновения концы винтов снабжаются специальными опорными элементами — башмачками. Винтовые прижимы являются силовыми звеньями приспособления, а поэтому должны обладать достаточной прочностью и жесткостью. Винты в прижимных устройствах изготовляют с треугольной, прямоугольной и трапецеидальной резьбой.

Рычажные прижимы очень разнообразны по конструкции и являются быстродействующими. Рычажные прижимы обычно широко применяют в специальных приспособлениях. В конструкции такого прижима почти всегда существует регулируемое звено, позволяющее при данной рычажной системе закреплять детали различной толщины или компенсировать неточность сопрягаемых элементов (рис.4, а). Рычаг 3 крепится с помощью пальца 2 на стойке 1 и с помощью пальца 5 — на стойке 6. В средней части рычага имеется упорный винт 4, являющийся регулируемым звеном.

Очень часто рычажные механизмы используют в качестве усилителей приводов. Поэтому распространены комбинированные рычажно-винтовые (рис.4, б), пневморычажные и другие прижимы, повышающие усилия на закрепляемом звене при прижиме элементов конструкций больших сечений и сложной конфигурации.

а б

Рис. 4. Рычажные прижимы с регулируемым звеном (а) и

комбинированный (б):

1,6 — стойки; 2, 5 — пальцы; 3 — рычаг; 4 — упорный винт

Рис. 5. Эксцентриковый прижим:

1 — деталь; 2 — рычаг; 3 — эксцентрик; 4 — упор

Эксцентриковые прижимы чаще применяют в оснастке для серийного производства. Основное их достоинство — быстрота действия. В сборочно-сварочных приспособлениях применяют только круглые эксцентрики, устанавливаемые в горизонтальной или вертикальной плоскости (рис.5).

Пружинные прижимы в сборочно-сварочной оснастке применяют, главным образом, для зажатия деталей малой толщины, а также в приспособлениях для пайки. Усилие зажатия обычно невелико.

В сборочно-сварочной оснастке пневматические и гидравлические прижимы используют очень широко. Основные их достоинства заключаются в быстроте действия и возможности дистанционного управления, когда одновременно требуется провести зажатие в нескольких точках детали. Особенно часто их используют для закрепления крупногабаритных деталей или свариваемых кромок большой протяженности. Пневматические и гидравлические прижимы бывают специализированные (для крупносерийного производства) и универсальные со сменными рабочими элементами (для мелкосерийного производства).

Конструкции пневмоприжимов зависят от типа приспособления, характера зажатия заготовки, способа подачи воздуха и т.п.

Пневматические прижимные устройства для сборочно-сварочной оснастки обычно состоят из силового пневматического привода, механизма передачи зажимающего действия от привода к изделию и аппаратуры управления. В качестве силового привода в современных пневматических прижимных устройствах наиболее часто используют поршневые цилиндры и диафрагменные пневмокамеры.

Пневматические прижимные устройства для сборочно-сварочной оснастки обычно состоят из силового пневматического привода, механизма передачи зажимающего действия от привода к изделию и аппаратуры управления. В качестве силового привода в современных пневматических прижимных устройствах наиболее часто используют поршневые цилиндры и диафрагменные пневмокамеры.

Пневматические поршневые цилиндры (рис.6) бывают двустороннего действия, в которых перемещение поршня в цилиндре осуществляется в обоих направлениях за счет подачи сжатого воздуха, и одностороннего действия, в которых рабочее движение в одну сторону осуществляется за счет подачи сжатого воздуха. Возвращение осуществляется за счет пружины или собственной силы тяжести рабочих элементов прижима.

Рис. 6. Пневматические поршневые цилиндры двустороннего (а) и одностороннего (б) действия: 1 — корпус цилиндра; 2 — шток; 3 — поршень;

4 — крышка; 5 — уплотнения

Диафрагменные силовые приводы представляют собой замкнутую камеру, разделенную на две полости эластичной диафрагмой из плотной резины на тканевой основе (рис. 7).

Диафрагма опирается на диск, скрепленный со штоком, связанным, и свою очередь, с механизмом зажатия. Сжатый воздух, поступая в рабочую часть камеры, воздействует на диафрагму, деформирует ее и перемещает диск и шток, обеспечивая требуемое усилие зажима. Возврат диафрагмы в первоначальное положение осуществляется с помощью пружины. Такие приводы имеют ряд положительных качеств по сравнению с поршневыми цилиндрами. В них исключается утечка воздуха из рабочей части камеры, изготовление камеры проще и дешевле, так как отсутствуют сальники. Камеры имеют меньшую массу и габаритные размеры, долговечны и несложны для ремонта, менее прихотливы в работе. Основным недостатком таких приводов является небольшой ход штока (40...50 мм), что необходимо учитывать при выборе силового устройства.

Рис. 7. Прижимное устройство с диафрагменным приводом:

1 — диафрагма; 2 — корпус камеры; 3 — пружина

Наиболее часто используют пневморычажные и пневмоклиновые зажимные устройства.

В пневмоприжимных устройствах с гибким шлангом воздух из сети подается в эластичный шланг, который, распрямляясь, приводит в движение рабочие элементы прижимного устройства и создает усилие зажима. Такие устройства позволяют существенно уменьшить габариты приспособления и применяются там, где размещение пневмоцилиндров и пневмокамер невозможно или нерационально.

Примерами такого устройства являются широко распространенные приспособления с пневмоприжимами клавишного типа для сварки тонких материалов, поджатия сварочной подкладки в приспособлениях, для сварки плавлением и т.п.

Прижимные устройства с гидравлическим приводом являются близкими по принципу действия к прагматическим прижимам. Их применяют в тех случаях, когда требуется создавать большие усилия зажима, а применение пневмоцилиндров нерационально, так как их диаметры были бы более 300 мм.

Гидравлические приводы могут работать при большом входном давлении рабочей среды. Следовательно, при меньшем диаметре поршня они могут создавать значительные усилия и по сравнению с пневматическими устройствами являются медленно действующими. В качестве рабочей среды обычно используют масло. Этот тип зажимных устройств в основном применяют для зажатия массивных деталей большой толщины.

Кроме отмеченных выше прижимных устройств, в сборочно-сварочной оснастке для изделий из ферромагнитных материалов используются магнитные прижимы, которые весьма компактны и удобны в работе. Особенно удобно их применять при сборке и

сварке листовых деталей большой протяженности. Однако в производстве такие прижимы используют редко из-за сложности изготовляемых, изделий и применения большого количества немагнитных материалов.

Стягивающие и распорные устройства. К этой группе элементов сборочно-сварочной оснастки относятся домкраты, стяжки и распорные устройства.

Домкраты служат для создания опорных баз при установке деталей путем силового воздействия на элементы свариваемой конструкции с целью прижима их друг к другу, а также поджатая сварочных подкладок с обратной стороны свариваемых кромок. В технологической оснастке, как правило, используют только механические домкраты — винтовые и реечные. Наиболее распространены домкраты винтового типа, которые по характеру установки на корпусе приспособления могут быть постоянными, съемными и откидными. Подъем может осуществляться за счет вращения винта или гайки.

Домкраты являются силовыми элементами, поэтому их рассчитывают так же, как и винтовые прижимы.

Рычажно-реечные домкраты применяют при сборке в стесненных условиях, где затруднена установка винтового домкрата.

Стяжки предназначаются для стягивания двух или нескольких деталей при сборке, выравнивания кромок и т.п.

По конструктивному исполнению стяжки бывают стоечные, кольцевые и специальные, а по способу приведения в действие — винтовые, эксцентриковые, рычажные и комбинированные (рис. 8).

Рис. 8. Механические стяжки:

а — комбинированная рычажно-винтовая; б — кольцевая;

в — эксцентриковая

Рис. 9. Распорные устройства:

а — винтовое с радиально расположенными винтами; б — клиновое; в — пневматическое; 1 — сварочная подкладка; 2 — разжимной сектор; 3 — клин;

4 — пневмопривод; 5 — клиновая вставка; 6 — пружина

Распорные устройства предназначены для выравнивания кромок собираемых обечаек, калибровки сваренных цилиндров, выпрямления вмятин, поджима сварочных подкладок и т.п.

По конструктивному исполнению различают распорные устройства винтовые с радиально расположенными винтами для сварных цилиндрических изделий и изделий других форм тел вращения (рис. 9, а); специальные клиновые (рис. 9, б); пневматические (рис. 9, в) для сборки цилиндрических изделий и поджима сварочных подкладок.

В этих устройствах сварочная подкладка 1 устанавливается на корпусе разжимных секторов 2. Секторы разжимаются с помощью пневмопривода (цилиндра или камеры) 4 или клина 3, приводимого в движение силовым винтом или пневмоприводом. Такие устройства позволяют калибровать кромки тонкостенных обечаек и осуществлять надежный поджим сварочной подкладки. Зазоры между секторами подкладки в разжатом состоянии выбирают с помощью клиновых вставок 5, укрепленных на концах секторов (см. рис. 9, в).

В момент сжатия секторов эта вставка выжимается из зазора и отходит вниз; при разжиме вставка пружиной проталкивается вверх и входит в зазор. Для облегчения обратного хода секторов при сжатии устанавливают пружины 6.

При сборке тонколистовых обечаек с целью получения большей жесткости и точности контура кромок используют одновременно стяжку и распорное устройство. Однако применение стяжных устройств связано с некоторыми сложностями обеспечения требуемых зазоров в сварных соединениях (например, при изготовлении тонкостенных обечаек большого диаметра). Такие устройства применяют в приспособлениях для конструкций, выполняемых контактной сваркой и сваркой плавлением.

Вопрос 5. Основные характеристики сварочных материалов

К сварочным материалам относятся электроды, сварочная присадочная проволока, флюсы и защитные газы.

Неплавящиеся электроды. Изготавливают неплавящиеся электроды из чистого вольфрама или вольфрама с активирующими присадками из окислов тория, иттрия, лантана. Вольфрамовые электроды предназначены для электродуговой сварки в среде инертных газов, для плазменной сварки и резки и для плазменного напыления. Добавки к вольфрамовым электродам окислов лантана, тория или иттрия облегчают зажигание дуги, увеличивают устойчивость лугового разряда.

Вольфрамовые электроды маркируют буквами и цифрами, например: ЭВЧ — электрод вольфрамовый чистый, ЭВЛ-20 — электрод вольфрамовый лантанированный, ЭВТ-15 — электрод вольфрамовый торированный, ЭВИ-30 — электрод вольфрамовый иттрированный.

Цифры указывают содержание окислов лантана, тория или иттрия в десятых долях процента.

Вольфрамовые электроды изготавливают диаметром 0,2... 12 мм. Активированные вольфрамовые электроды применяют для сварки как на переменном, так и на постоянном токе. Вольфрамовые электроды используют для сварки черных и цветных металлов и легких сплавов.

Сварочная проволока сплошного сечения. При дуговой сварке под флюсом, в защитных газах, а также при электрошлаковой сварке применяют сварочную проволоку без покрытия. Поверхность сварочной проволоки должна быть чистой и гладкой, без окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Омеднение снижает коррозию проволоки и улучшает электрический контакт ее с токоподводящим устройством.

На сварочную проволоку разработаны следующие стандарты: ГОСТ 2246—70 «Проволока стальная сварочная» и ГОСТ 10543— 98 «Проволока стальная наплавочная». Имеются также стандарты на проволоки для сварки алюминиевых, никелевых, медных сплавов и т. п.

Обозначения проволок могут быть полными и краткими. Полное обозначение сварочной проволоки содержит сведения о ее диаметре, назначении (для сварки или наплавки), марке (химическом составе), способе выплавки (ВИ — вакуумно-индукцион-ный, ВД — вакуумно-дуговой или III — электрошлаковый) и состоянии поверхности (О — омедненная).

Пример обозначения.

Проволока сварочная 4 Св-08ГСМФА-ВИ-Э-О ГОСТ 2246—70.

Указанная запись означает, что проволока является сварочной, имеет диаметр 4 мм и марку 08ГСМФА. Проволока выплавлена вакуумно-индукционным способом, является электродной и имеет медное покрытие. Проволока изготовлена согласно ГОСТ 2246—70.

В кратком обозначении стальной проволоки указывают ее назначение «Св», т.е. «сварочная проволока», затем содержание углерода в сотых долях процента и примерное содержание легирующих элементов. Если после цифры указаны одна или две буквы А, то это говорит о более высокой степени чистоты проволоки по содержанию примесей (серы и фосфора).

Например: Св-08 — сварочная проволока с содержанием углерода около 0,08 %, примесей серы не более 0,04% и фосфора не более 0,04 %; соответственно для сварочной проволоки Св-08А — 8 < 0,03 %, Р < 0,03 % и для проволоки Св-08АА - 8 < 0,02 %, Р < 0,02 %.

Стальные проволоки для наплавки обозначают буквами НП. Например, проволока ЗНП-105Х по ГОСТ 10543—98: первая цифра указывает диаметр проволоки в миллиметрах (3 мм), далее — содержание углерода (около 1,05%) и хрома (около 1 %).

Предельное содержание углерода в сварочной проволоке составляет 0,18 %, тогда как в наплавочной проволоке его содержание может быть более 1 %.

Порошковая проволока. Такая проволока представляет собой трубку сложного внутреннего сечения, заполненную порошкообразным наполнителем. Наполнитель имеет состав, соответствующий покрытиям основного типа. Масса порошкообразного наполнителя составляет 15...40% массы проволоки. Порошок, входящий в состав порошковой проволоки, при расплавлении электрической дугой выполняет следующие функции:

обеспечивает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны от воздействия окружающей среды; способствует раскислению сварочной ванны;

легирует сварной шов;

стабилизирует дуговой разряд;

рафинирует сварной шов.

Порошковая проволока пригодна для сварки сталей любого класса легирования и для наплавки слоев с особыми свойствами. Порошковую проволоку изготавливают из стальной ленты.

Краткую маркировку порошковой проволоки для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей осуществляют буквами ПП (порошковая проволока), АН (академия наук) и цифрами 1; 3; 7 (номер серии разработки), например: ПП-АН1, ПП-АНЗ, ПП-АН7.

Порошковые проволоки для сварки легированных сталей также маркируют буквами ПП и, кроме того, буквами и цифрами, обозначающими степень легирования стали (например, ПП-1Х14Т, ПП-25Х5ФМС — порошковые проволоки для сварки легированной стали соответственно 1X14Т и 25Х5ФМС).

По способу защиты порошковые проволоки делятся на самозащитные и используемые с дополнительной защитой газом СО2 или флюсом. Самозащитные проволоки применяют как для производства сварных конструкций, так и для наплавки деталей. Порошковые проволоки, используемые с дополнительной защитой, применяют в основном для наплавочных работ.

Полное обозначение порошковой проволоки содержит сведения о ее диаметре, условиях применения (газозащитная — ПГ или самозащитная — ПС), пределе текучести (кгс/мм2), категории химического состава (А, В или С), ударной вязкости (индексы Р, К или 0—6) и условиях применения в зависимости от пространственного положения (Н — нижнее, Г — нижнее и горизонтальное, В — нижнее, горизонтальное и вертикальное, ГП — горизонтальное с принудительным формированием соединения, ВП — вертикальное с принудительным формированием или УП — все положения с принудительным формированием).

Пример обозначения:

ПП-АНЗОС-2,3-ПС-54-А-3-УП ГОСТ 26271 —84.

Указанная запись означает, что проволока является порошковой самозащитной марки АНЗОС и имеет диаметр 2,3 мм. Проволока имеет предел текучести 54 кгс/мм2, категорию химического состава А, индекс ударной вязкости 3 (обеспечение требуемой ударной вязкости при температуре до -30 °С) и предназначена для сварки в любом пространственном положении с принудительным формированием соединения. Проволока изготовлена по ГОСТ 26271—84.

Порошковые проволоки для сварки углеродистых и низколегированных сталей выпускают по ГОСТ 26271—84, для наплавки — по

ГОСТ 26101—84. Порошковые наплавочные ленты поставляют по ГОСТ 26467-85.

Покрытые электроды. Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой стальные стержни длиной до 450 мм, изготовленные из сварочной проволоки, на поверхность которых нанесено покрытие различной толщины. Один конец длиной 20... 30 мм освобождается от покрытия для электрического контакта с электрододержателем .

Покрытие предназначено для повышения устойчивости горения дуги, образования комбинированной газошлаковой защиты, легирования, рафинирования и раскисления металла сварного шва.

Для изготовления покрытий применяют следующие компоненты: газообразующие, легирующие, ионизирующие, стабилизирующие и связующие элементы и формовочные добавки.

Для повышения производительности сварки в покрытие электрода добавляют железный порошок до 60 % от массы покрытия.

При сварке покрытыми электродами всех типов имеет место устойчивое горение дуги, формирование шва без дефектов, получение металла шва с определенным химическим составом и свойствами. Кроме того, электроды обязаны обеспечивать спокойное и равномерное плавление электродного стержня и покрытия в процессе сварки, минимальные потери электродного металла на угар и разбрызгивание, высокую производительность сварки, легкую отделимость шлаковой корки с поверхности шва, минимальную токсичность выделяемых при плавлении покрытий газов и др.

Технологические характеристики покрытых электродов следующие.

Коэффициент расплавления, г/(А-ч):

αр =Gр/(Iсвt)

где αр - масса расплавленного металла электрода, г; Iсв — сила сварочного тока, А;

t - продолжительность горения дуги, ч.

Для электродов, содержащих в покрытии железный порошок,

Gp = Gст.эл + Gдоп.мат

где Gст.эл — масса расплавленного металла от электродного стержня, г; Gдоп.мат — масса расплавленного металла от покрытия, г.

Коэффициент наплавки, г/(А-ч):

αн =Gн/(Iсвt)

где Gн — масса наплавленного металла, г.

Коэффициент потерь на угар и разбрызгивание, %:

Все перечисленные коэффициенты определяют экспериментальным путем.

Электроды для ручной дуговой сварки классифицируют по следующим основным признакам:

• по назначению: для сварки стали, чугуна, алюминия, для наплавочных работ и т.п.;

• типу покрытия: целлюлозные, рутиловые, фтористо-кальциевые, ильменитовые, рудно-кислые и т.д.;

• механическим свойствам металла шва;

• способу нанесения покрытия: окунанием или опрессовкой;

• количеству покрытия, нанесенного на стержень: голые, тонкопокрытые и толстопокрытые.

Электроды для сварки и наплавки в зависимости от назначения подразделяют на ряд классов: для сварки сталей углеродистых (У), легированных (Л), легированных теплоустойчивых (Т), высоколегированных с особыми свойствами (В) и для наплавки (Н).

ГОСТ 9467—75 устанавливает следующие виды покрытий электродов для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей: кислое (А), основное (Б), целлюлозное (Ц), рутиловое (Р), прочие покрытия (П).

Во всех видах технической документации условное обозначение электродов должно состоять из марки, диаметра, группы электродов и указания номера стандартов (ГОСТ 9466—75 и ГОСТ 9467—75).

Обозначение типа электрода для сварки конструкционных сталей содержит букву Э, вслед за которой цифрами указана величина временного сопротивления при разрыве (кгс/мм2), например: Э42, Э50, Э150. Буква А, расположенная вслед за цифрами, характеризует более высокие характеристики пластичности наплавленного металла, например Э46А.

Полное обозначение электродов содержит ряд индексов.

Пример обозначения

Э42А-УОНИ-13/45-3.0-УД 2

ГОСТ 9466-75 ГОСТ 9467-75

Е-412(5)Б10

Указанное обозначение означает, что электроды имеют тип Э42А по ГОСТ 9467—75, марку УОНИ-13/45, диаметр 3,0 мм, покрытие толстое (Д) основного типа (Б). Электроды относятся ко 2-й группе качества с установленной по ГОСТ 9467—75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла [41, 2, (5)] и предназначены для сварки углеродистых сталей (У). Сварка может выполняться во всех пространственных положениях (1) на постоянном токе обратной полярности (О).

Допускается применять краткое обозначение электродов, например УОНИ-13/45-3.0-2-ГОСТ 9466—75.

Таблица 1.3 Марки электродов с различными видами покрытий

Вид покрытия | Марки
Кислое | ОММ -5, ЦМ-7, ЦМ-8, МЭЗ-04
Основное | УОНИ-13/45, УОНИ-13/45А, УОНИ-13/55, УОНИ-13/55К, УОНИ-13/65, СМ-11, АНО-7, АНО-8, АНО-9, АНО-11, АНО-26, АНО-27
Целлюлозное | ВСП-1, ВСП-2, ВСП-3, ВСЦ-1, ВСЦ-2, ВСЦ-4, ВСЦ-4А, ЦУ-1
Рутиловое | АНО-3, АНО-4, АНО-12, АНО-14, МР-1, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-9, ОЗС-12, ОЗС-23, ЦМ-9, РБУ-4

Вид покрытия существенно влияет на механические характеристики получаемого соединения (табл. 1.4).

Таблица 1.4 - Механические характеристики сварных швов в зависимости от вида покрытия электродов

Вид покрытия | δ, % | Поперечное сужение ψ, % | КСV, Дж/см2, при температуре, °С
+ 20 | - 20
Кислое | 14…18 | 45…50 | 50…80 | 25…60
Основное | 22…35 | 62…70 | 150…250 | 100…180
Целлюлозное | 16…25 | 55…65 | 80…150 | 60…90
Рутиловое | 18…23 | 50…60 | 80…180 | 50…80

Сварочные флюсы. Сварочными флюсами называют специально приготовленные неметаллические гранулированные порошки с размером отдельных зерен 0,25...4 мм. В расплавленном состоянии флюсы создают газовый и шлаковый купола над зоной сварочной дуги, а после прохождения химике -металлургических взаимодействий в сварочной ванне образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую выводятся различные вредные примеси: оксиды, соединения серы и фосфор.

Сварочные флюсы выполняют те же функции, что и порошки в составе порошковой проволоки и покрытия электродов.

Сварочные флюсы классифицируют по различным признакам:

• по назначению — для сварки углеродистых сталей, легированных сталей, цветных металлов, электрошлаковой сварки;

• содержанию кремния — высококремнистые (SiO2 45...50%), низкокремнистые (SiO2 30...35%) и бескремнистые (SiO2 менее 4 %);

• содержанию марганца — марганцевые (Мп более 1 %) и безмарганцевые (Мп менее 1 %);

• способу изготовления — плавленые и неплавленые (керамические);

• размерам зерен — обычные (размер зерен до 3 мм) и мелкие (размер зерен до 1,6 мм);

• химическому составу — оксидные (из оксидов метал лов), солевые (из фторидов, хлоридов и элементов, не содержащих кислород) и оксидно-солевые (из фторидов и оксидов металлов).

По химическому составу оксидные флюсы делятся на кислые, содержащие SiO2 и ТiO2, и основные, содержащие МgО и СаО.

Легирование металла шва марганцем и кремнием через флюс повышает стойкость сварного шва против трещин и пор, а также увеличивает прочность сварного соединения.

Плавленые флюсы поставляют по ГОСТ 9087—81.

Флюсы АН-348А, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, АН-348М, АН-60 применяют при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей, ФЦ-9 — при сварке легированных сталей, АН-22, АН-26 — при сварке высоколегированных сталей, АН-8 — при электрошлаковой сварке.

Керамические флюсы обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами, но чувствительны к колебаниям режима сварки. Керамические флюсы дороже плавленых, поэтому чаще всего их применяют для сварки высоколегированных сталей или для наплавки слоя с особыми свойствами. Керамические флюсы применяют также для легирования наплавленного металла. Керамические флюсы поставляют по ГОСТ 28555—90.

При сварке низколегированных сталей наибольшее распространение получили керамические флюсы К-11, КВС-19.

Защитные газы. Подразделяются защитные газы на две группы: инертные и активные. Газы первой группы с металлом, нагретым и расплавленным, не взаимодействуют и практически не растворяются в них. Газы второй группы защищают зону сварки от воздуха, но сами либо растворяются в жидком металле, либо вступают с ним в химическое взаимодействие.

Инертные газы используют при сварке как неплавящимися, так и плавящимися электродами, а активные газы — при сварке плавящимся электродом (проволокой). К химически инертным защитным газам для сварки относятся аргон и гелий. Из химически активных газов основное значение имеет углекислый газ. В ряде случаев для сварки можно использовать смесь углекислого газа с аргоном или углекислого газа с кислородом в соотношении 90 и 10% соответственно.

Аргон поставляют в баллонах серого цвета с зеленой надписью «Аргон чистый» в газообразном состоянии при давлении в баллоне 15 МПа.

По ГОСТ 10157—79 аргон бывает трех сортов: высший, первый и второй, которые различаются по содержанию примесей. Аргон высшего сорта предназначен для сварки химически активных металлов (титана, циркония), первого сорта — алюминия, магния и их сплавов, второго сорта — для сварки высоколегированных сталей.

Аргон тяжелее воздуха и при сварке хорошо защищает сварочную ванну от воздействия окружающей среды.

Гелий поставляют в баллонах коричневого цвета при давлении в баллоне 15 МПа. Баллоны с гелием первого сорта надписи не имеют, а баллоны с гелием второго сорта имеют белую надпись «Гелий».

В связи с тем, что гелий в 10 раз легче аргона, расход гелия при сварке должен увеличиваться в 1,5 — 3 раза по сравнению с расходом аргона. Напряжение на дуге при сварке в среде гелия почти в 2 раза выше, чем при сварке в среде аргона при одинаковом значении силы тока. Это означает, что мощность дуги, горящей в среде гелия, почти в 2 раза выше, чем мощность дуги в среде аргона. Широкое распространение гелиево-дуговой сварки сдерживается высокой стоимостью этого инертного газа.

Углекислый газ поставляют по ГОСТ 8050—85 в сжиженном состоянии в баллонах черного цвета с желтой надписью «Углекислый газ». Для сварки используют сварочную углекислоту первого и второго сортов, которые различаются содержанием паров воды.

Применение углекислого газа для сварки металла в качестве защитной среды вызывает необходимость применения специальных проволок, которые должны содержать дополнительное количество легирующих элементов с большим сродством к кислороду (марганца и кремния). Эти элементы раскисляют сварочную ванну. Пары воды, содержащиеся в углекислом газе, устраняют путем осушки газа.

Закрепление нового материала

1.По каким признакам классифицируют сборочно-сварочные приспособления?

2. Какие существуют основные требования к сборочно-сварочным приспособлениям?

3.Перечислите основные элементы сборочно-сварочных приспособлений.

4.Приведите классификацию неплавящихся электродов.

5.Для каких целей применяют порошковые проволоки?

6. По каким признакам классифицируют покрытые электроды?

7.Каково назначение электродного покрытия?

8.Какие виды покрытий существуют для покрытых электродов?

9.Что обозначают цифры и буквы в марке проволоки?

10.По каким признакам классифицируют сварочные флюсы?

11.Какие защитные газы применяют при сварке?

Домашнее задание:

Маслов Б.Г. Производство сварных конструкций – М.: Издательский центр «Академия», 2008, стр. 14-21,

Куркин С.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве – М.: Высшая школа, 1991, стр.55