книги / Сварка в машиностроении. Т. 3

Листовой и профильный прокат, а также заготовки под сварку можно очи­ щать с помощью вращающихся механических щеток или в дробеструйных каме­ рах. При необходимости последующего монтажа на открытом воздухе очистку до­ полняют нанесением антикоррозионного покрытия, позволяющего производить

Рис. 3. Схема трубогибочного стан­ ка с индукционным подогревом:

3 — труба; 4 — направляющие ролики;

5 — гибочный ролик; 6 — индуктор

сварку без его удаления. Очистку и грунтовку целесообразно выполнять в автома­ тизированных поточных линиях (рис. 4). Листы с рольганга 1 кантователем 2 переводятся в вертикальное положение с опорой на приводные ролики £, вращение которых обеспечивает продвижение листов через камеры: подогрева 4, дробеметную 5, грунтовки листов в электрическом поле 6 и терморадиационлой сушки 7.

Рис. 4. Схема поточной линии очистки и грунтовки листового проката

Применяют также химическую очистку методом окунания и струйным методом. В первом случае детали последовательно опускают в ванны с различными рас­ творами и выдерживают в каждом из них определенное время. Во втором случае последовательная подача растворов различного состава на поверхность деталей обеспечивается струйным методом, что позволяет осуществлять непрерывный про­ цесс в механизированной поточной линии.

СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ

И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Сборочные операции осуществляют с целью обеспечения правильного вза­ имного расположения и закрепления деталей собираемого изделия. Применение механизированных приспособлений позволяет повысить производительность труда и улучшить качество сборки. Собранный узел должен обладать жесткостью

ипрочностью, необходимой как при извлечении его из сборочного приспособления

итранспортировке к месту сварки, так и для уменьшения временных сварочных деформаций. Поэтому собранные детали наиболее часто фиксируют с помощью

Рис. 5. Схема процесса проектирования сборочно-сварочных приспособлений

прихваток. Размеры и расположение прихваток выбирают из условий жесткости и прочности, а также из соображений их полной переварки при укладке основных швов. При использовании сборочно-сварочных приспособлений сварка непосред­ ственно после сборки, без выема изделия из приспособления, позволяет в некото­ рых случаях обходиться без прихваток. Собранное под сварку изделие устанав­ ливают в различные положения с помощью приспособлений. Сварочные приспособ­ ления обеспечивают не только кантовку изделия, но и перемещение сварочной головки относительно изделия или изделия относительно головки со скоростью сварки.

Эффективность использования сборочно-сварочной оснастки определяется ее соответствием конструкции изделия, принятой технологии изготовления и про­ грамме выпуска. Универсальные приспособления общего назначения используют для сборки и сварки изделий широкой номенклатуры и различных размеров. Они должны изготавливаться в централизованном порядке. Специальные приспо­ собления одноцелевого назначения используют для выполнения определенных операций применительно к конкретному изделию. Схема процесса проектирования сборочно-сварочных приспособлений приведена на рис. 5. Значительные затраты труда, времени и материалов предопределяют индивидуальный подход к созданию приспособления при изготовлении изделий в условиях крупносерийного и массо­ вого производства. Для мелкосерийного и единичного производства целесообразна компоновать приспособления из нормализованных элементов, изготовляемых централизованно. В этом случае имеется возможность многократного использова­ ния нормализованных элементов в различных приспособлениях для изготовления изделий широкой номенклатуры.

При проектировании приспособления расчеты на прочность и жесткость должны отражать особенности его работы в зависимости от назначения. Для сборочного приспособления необходимо учитывать силу тяжести и усилия от при­ жимов применительно к прочности конструкции и ограничения искажений базо­ вых размеров в пределах заданных допусков. Для сварочного приспособления до­ полнительно следует учитывать усилия, которые могут возникать в результате усадки изделия от сварки. При этом необходимо учитывать требования, предъяв­ ляемые к приспособлению для снижения свтрочных деформаций изделия. Если цель уменьшения деформации не ставится, то следует предусмотреть возможность смещения изделия относительно приспособления в процессе сварки и остывания, либо допустить упругую деформацию приспособления совместно с изделием.

Приспособление, предназначенное для снижения сварочных деформаций из­ делия, должно обладать повышенной жесткостью. При этом надо иметь в виду следующее. Усилия от усадки оказываются настолько большими, что предотвра­ тить продольное и поперечное сокращение за счет жесткости закрепления в при­ способлении обычно не удается. Поворот сечений может быть ограничен в большей степени. Поэтому основное внимание следует обращать на предотвращение изгиба свариваемого изделия.

БАЛКИ

Широкое применение находят сварные двутавровые балки с поясными швами, выполняемыми автоматической сваркой под флюсом. Сборка балки должна обеспе­ чить симметрию и взаимную перпендикулярность полок и стенки, прижатие их друг к другу и закрепление прихватками. При использовании сборочных кондук­ торов прихватку обычно выполняют после зажатия элементов по всей длине балки. На сборочных установках с самоходным порталом зажатие и прихватку осущест­ вляют последовательно от сечения к сечению. Вертикальные ребра жесткости устанавливают и приваривают после сварки поясных швов. Приемы выполнения поясных швов балки автоматами под флюсом могут быть различны. Наклоненным электродом (рис. 6, а и б) можно одновременно сварить два шва, однако сущест­ вует опасность возникновения подреза стенки или полки. Выполнение швов ь по­

ложении «в лодочку» (рис. 6, в) обеспечивает лучшие условия их формирования и проплавления, но при этом приходится поворачивать изделие после сварки каж­ дого шва.

При раздельном выполнении сборки и сварки двутавровой балки в универ­ сальных приспособлениях доля затрат на выполнение вспомогательных и транс­ портных операций оказывается весьма значительной. Использование поточных

6)

Рис. 6. Приемы выполнения швов двутавровой балки

линий, оснащенных специализированным оборудованием и транспортирующими устройствами, позволяет существенно сократить эти потери. Применительно к изготовлению тавровых или двутавровых балок поточные линии можно осна­ щать специализированными приспособлениями и установками, последовательно выполняющими отдельные операции при условии комплексной механизации всего технологического процесса, либо автоматизированными установками непрерыв­ ного действия. Примером поточной линии первого типа может служить производ­ ство сварных двутавровых балок длиной до 12 м, с высотой стенки 0,6—2,0 м и

шириной полок 0,22—0,6 м. Сборочный участок имеет два последовательно рас­ положенных рабочих места: питатель и сборочный стан. Питатель служит для приема трех листовых элементов в горизонтальном положении, поворота полок на 90° и подачи всех трех элементов в сборочный стан. Опорными базами пита­ теля служат ролики (рис. 7, а). При повороте роликов 2 (рис. 7, б) полки перево­ дятся в проектное положение с опорой их кромок на ролики 3. Выдача всех трех элементов из питателя осуществляется приводом опорных роликов 1 и 3. При настройке питателя на прием балок заданного типоразмера изменение высоты стенки обеспечивается поперечным перемещением правой и левой групп роликов относительно оси симметрии, а изменение ширины полки — вертикальным пере­ мещением роликов 3, Управление механизмами переналадки осуществляется опе­ ратором с пульта,

В сборочном стане элементы балки принимаются системой роликов (рис. 8, а), расположенных так же, как ролики питателя; привод движения обеспечивается вращением первой пары прижимных роликов 2. Положение элементов при сборке

к сварочной головке 3, а после сварки возвращают на рольганг. Вдоль балки сварочная головка перемещается тележкой 4 с площадкой для сварщика.

Рис. 9. Положения балки на сварочном участке

Для высокопроизводительного изготовления сварных балок в непрерывных автоматических линиях сварка ТВЧ обеспечивает скорость на порядок выше (10—60 м/мин), чем при сварке под слоем флюса.

Американской фирмой АМФ — Терматул выпущены агрегаты для производ­ ства сварных двутавров из рулонного проката или обычных полос и листов [3],

При использовании рулонов заготовки для стенки и полок двутавра подают к сва­ рочному агрегату из трех разматывателей. Непрерывность процесса обеспечива­ ется наличием накопителя петлевого типа и стыковой сваркой концов рулонов.

свариваемых кромок без скользящих контактов и фиксации полки относи­ тельно стенки за выступ прокатного тавра (рис. 13, в) вместо фиксации полки за наружные кромки. Такая технология была отработана на опытно-промышленной

установке ВНИИметмаш и ИЭС им. Е. О. Патона. Для ее реализации строится цех производства сварных двутавров.

Балки коробчатого сечения используют в конструкциях, в частности в кра­ новых мостах. При значительной длине таких балок полки и стенки составляют из нескольких листовых элементов, свариваемых встык. Сборка балки начинается с укладки на стеллаж верхнего пояса и расстановки и приварки к нему диафрагм. После приварки диафрагм устанавливают, прижимают и прихватывают боковые

стенки (рис. 14, а). Затем собранный П-образный профиль кантуют и внутренними угловыми швами стенки приваривают к диафрагмам (рис. 14, б ). Сборку заканчи­ вают установкой нижнего пояса. Поясные швы сваривают после завершения сборки. Балку в положение «в лодочку» не поворачивают; сварку ведут наклон­ ным электродом. При изготовлении балок коробчатого сечения все основные опе­ рации по заготовке листовых элементов, сборке и сварке их встык для получения длинномерных полок и стенок с последующей общей сборкой и сваркой полно­ размерных балок моста крана выполняют в механизированных поточных линиях

Рис. 13. Схемы подготовки кромок под соединение стен­ ки балки с полкой

с использованием автоматической сварки под слоем флюса. УЗКИМ местом произ­ водства таких балок явл>7?Т£я приварка диафрагм к стенкам втавр угловыми швами. Ограниченность рассеяния между стенками затрудняет применение автоматической сварки в нижнем положении, а вручную сварщику приходится выполнять эти швы в неудобном положении. Тавровое соединение целесообразно выполнять в вертикальном положении сразу после сборки (рис. 15). Это позволяет исключить операцию кантовки балки и аьшОлнять одновременно два угловых шва с помощью гравитационной CF^pKH покрытым эле1иимДОМ или автоматической сваркой в среде CQ2. Предложение заменить угловые швы а) проплавными Электрозаклепками (рис. 15, б), при условии создания отбортоь^ кромок диафрагм, пока еще не нашло применения в производстве.

J

6)

При монтаже конструкций приходится сваривать стыки балок. Типы стыков двутавровых балок показаны на рис. 16. Раздвинутый стык применяют как тех­ нологический (рис. 16, б); при монтаже используют совмещенный стык (рис. 16, а), выполняемый ручной сваркой покрытым электродом. При этом последовательность сварки стыковых швов поясов и стенки назначают из следующих соображений. Если в первую очередь сварить стыки поясов, то стык стенки придется выполнять в условиях жесткого закрепления, что при неблагоприятных условиях может спо­ собствовать образованию трещин в процессе сварки. При другой последователь­ ности, когда стык стенки сваривают первым, в стыках поясов от поперечной усадки возникают большие остаточные напряжения растяжения, что может снизить уста­ лостную прочность при работе на изгиб. С целью облегчения условий сварки стыка участки поясных швов на длине L иногда недоваривают, выполняя их после сварки стыковых швов. Остаточные напряжения в этом случае окажутся меньше, чем при жестком закреплении, однако для элементов, свариваемых в первую очередь, возможна потеря устойчивости под напряжением сжатия, Для каждого

конкретного случая в зависимости от перечисленных факторов (свариваемости, условий работы стыка балки в конструкции, размеров поперечных сечений эле­ ментов и т. д.) оптимальная технология выполнения стыка может быть различной. Стык, показанный на рис. 16, в, применяют сравнительно редко, когда требуется исключить использование ручной сварки. Наличие вставок вертикальной стенки

TTTÆ

W

&

Рис. 16. Типы стыков сварных балок

и верхнего пояса позволяет выполнять швы автоматами, причем пояса сваривают многопроходной сваркой, а стыки стенки— однопроходной с принудительным формированием, Последовательность выполнения швов показана на рис. 16, в цифрами.

Иногда монтажные соединения сварных или прокатных профилей собирают на болтах с целью их разборки в случае необходимости. Соединение осуществляют

чила контактная сварка с помощью передвижных машин ПРСМ. Схема сварочной головки с контурным трансформатором показана на рис. 17. После опускания головки на стык перемещение штоков цилиндров 1 вызывает поворот рычагов вокруг оси 3 и з* жатие стыкуемых рельсов 5. Перемещение при оплавлении и последующей осадке осуществляется гидравлическими цилиндрами 2 вдоль направляющих 4■

РАМЫ

Сварные рамы представляют собой систему жестко соединенных балок (свар­ ных или прокатных). Сборочная оснастка разнообразна. В случае малой повто­ ряемости изделий для сборки можно эффективно использовать универсальный сборочный стенд и передвижной портал с пневмозажимами. Перенастройка стенда обеспечивается установкой различных фиксаторов, упоров на его плите.

Для поворота рамных конструкций в удобное для сварки положение исполь­ зуют различные манипуляторы, позиционеры и кантователи. Значительные раз­ меры рам по ширине заставляют принимать специальные меры, облегчающие

доступ к месту сварки. Для этой цели используют передвижные подъемные пло­ щадки для сварщиков, позиционеры располагают в специальных углублениях с тем, чтобы сварку можно было производить на уровне пола, применяют накло­ няющиеся или подъемно-поворотные устройства. Наиболее целесообразной фор­ мой организации производства с большим выпуском изделий определенного типо­ размера является механизированная поточная линия, оснащенная специализи­ рованной оснасткой. Рамы транспортных конструкций испытывают многократное воздействие динамических нагрузок. В этих условиях для надежной работы свар­ ной конструкции требуется такое конструктивное оформление tf технология сборки и сварки, которые обеспечивают минимальную концентрацию напряжений. Возможности совершенствования конструкции и технологии изготовления таких рам можно видеть на следующем примере. Рама тележки электровоза ВЛ 80 (рис. 18) имеет боковины i, литой шкворневой брус 2 и два концевых бруса 3. Боковины и концевые брусья представляют собой сварные балки коробчатого сечения: их подают на сборку в готовом виде. Плавный переход от боковин к кон­ цевым брусьям осуществляют с помощью угловых вставок 4> свариваемых с основ­ ными элементами встык односторонней сваркой на остающейся подкладке. Однако

в таких соединениях концентрация напряжений сравнительно высокая, что может служить причиной появления усталостных трещин. Изменение конструкции рамы и последовательности сборочно-сварочных операций, как показано на рис. 19, позволяет избежать стыков с односторонней сваркой. В этом случае вер­ тикальные листы боковин и концевых брусьев образуют наружный и внутренние стеновые блоки (рис. 19, б и в), сваренные двусторонними стыковыми швами. Из горизонтальных листов можно собрать и сварить двусторонними швами верх­ ний и нижний поясные блоки (рис. 19, а и а). Общая сборка всех блоков (рис. 19, д) завершается выполнением угловых швов.

е)

Рис. 19. Последовательность сборочно-сварочных опе­ раций при изготовлении рамы

Рамы грузовых автомобилей имеют продольные балки — лонжероны в виде штампованного швеллера и поперечины, присоединяемые с помощью заклепок [10]. Замена заклепочных соединений сваркой без изменения конструкции не при­ водит к существенному увеличению усталостной прочности рамы. В сварной раме основные конструктивные изменения претерпевают поперечины рамы. Иссле­ дования показали, что лучшие результаты дает использование поперечин труб­ чатого сечения, привариваемых контактной сваркой оплавлением к вертикальной стенке лонжерона. В рамах, имеющих поперечины открытого профиля, присое­ динение их к продольным балкам осуществляют точечной или рельефной контакт­ ной сваркой.

РЕШЕТЧАТЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Решетчатые конструкции — фермы, мачты, башни и другие изготовляют глав­ ным образом из проката, а также из гнутых профилей открытого и замкнутого сечений. Как правило, решетчатые конструкции имеют короткие швы, различным образом ориентированные в пространстве, их выполняют вручную или полу­ автоматом. Для этого необходима кантовка изделия. Расширяется использование труб. При подготовке труб к сборке и сварке требуется фигурная обрезка концов на специальных газорежущих машинах. Иногда концы труб относительно неболь­ ших диаметров сплющивают, что упрощает их соединение в узлах дуговой сваркой. Сплющенные по концам трубы можно соединять в пространственный узел ванной сваркой (рис.у20). В этом случае торцы сплющенных частей образуют ограничен­ ное с боковых сторон пространство, куда в процессе сварки вводят электрод или гребенку электродов.

В современных уникальных решетчатых конструкциях находят применение трубы больших диаметров. Так, опоры буровых вышек для добычи нефти в Се­ верном море на глубинах порядка 150 м и более сооружают из труб диаметром до 4270 мм при толщине стенок до 64 мм. Крупногабаритные узлы этих вышек изготовляют в условиях завода при широком использовании автоматической «'варки под слоем флюса, а затем транспортируют по морю к месту монтажа.