4 (О сварке)

4. ПРОИЗВОДСТВО СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Процесс изготовления сварных конструкций помимо сварки вклю­чает такие этапы, как получение заготовок, отвечающих требовани­ям, необходимым для сварки; подготовка их под сварку; сборка; до­полнительная обработка после сварки (термообработка, правка, ме­ханообработка); контроль. Без этих этапов сварка не может произво­диться, и они со сваркой тесно связаны, во многом определяя полу­чение конструкции с заданными свойствами. Этот комплекс работ в целом и рассматривается как сварочное производство, организуемое с учётом особенностей той или иной отрасли машиностроения.

Такое комплексное рассмотрение сварочного производства необ­ходимо при решении вопросов совершенствования как сварных кон­струкций, так и методов их изготовления. Около 70 % всех сварных конструкций из самого распространённого материала - стали изго­тавливают с помощью электродуговой сварки, поэтому познакомим­ся со сварочным производством, использующим этот вид сварки.

Непрерывное усложнение конструкций и повышение уровня требо­ваний к их качеству сопровождается возрастанием трудоёмкости их изготовления и себестоимости. Поэтому механизация и автоматизация производства, которые позволяют повысить производительность процесса, улучшить качество соединений и условия труда, являются одной из харак­терных особенностей развития современного сварочного производства

Под механизацией производства понимается замена в нём руч-ного труда энергией машин и механизмов. При этом функции управ­ления процессом остаются за человеком. Автоматизация - это бо­лее высокая стадия механизации, при которой функции управления выполняются автоматическими устройствами. Автоматизация не только механизирует труд, но и управляет им.

4.1. ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Заготовки для изготовления сварных конструкций могут быть из проката, литые и кованые. Технологический процесс заготовки деталей из проката может включать такие операции, как правка, размет­ка, резка, штамповка.

Правка может производиться в холодном или горячем состоянии за счёт создания местной пластической деформации, например на листоправильных вальцах (рис. 4.1, а). Правка достигается в резуль­тате изгиба и растяжения путём многократного пропускания листов между верхними и нижними рядами валков. По такому же принципу работают углоправильные вальцы для правки уголков (рис. 4.1, б).

Правка двутавров и швеллеров производится на правильно-гибоч­ных прессах. Прокатный профиль 2 изгибается между опорами 1 и толкателем 3 (рис. 4.1, в).

Разметка индивидуальная - трудоёмкая операция. Более произ­водительная операция - наметка по шаблонам. Однако изготовление специальных наметочных шаблонов целесообразно только для се­рийного производства или для повторяющихся конструкций единич­ного производства.

При изготовлении деталей сварных конструкций применяются следующие виды резки: на ножницах, на отрезных станках, терми­ческая, в штампах на прессах.

Процесс резки на ножницах основан на упругопластической деформации и скалывании металла под давлением ножа. Разрезаемый лист 2 заводят между нижним / и верхним 4 ножами ножниц до упора 5 и зажимают под при­жимом 3 (рис. 4.2). Под давле нием верхнего ножа вначале происходит вдавливание ножей в металл, а затем его скалывание по поверхности между остриями режущих кромок.

Резать на отрезных станках можно материал большего сечения, чем на ножницах, и качество резки получается более высо­ким, однако трудоёмкость резки при этом значительно увеличивает­ся. Поэтому отрезные станки применяются для резки профилей, ко­торые невозможно резать на ножницах, например, для резки труб, профилей большого сечения, профилей под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки.

Разделительная термическая резка (кислородная и плазменно-дуговая) находит исключительно широкое применение в заготови­тельных работах. Ручная и полуавтоматическая резка производится обычно по разметке, а автоматическая - с помощью копирных уст­ройств или компьютерных программ.

Ручная резка имеет ограниченное применение для получения за­готовок сварных конструкций, так как она более трудоёмка и не обес­печивает требуемую точность реза. Машинная резка позволяет вы­резать детали сложной формы (рис. 4.3) с высокой точностью, ис­ключаются трудоёмкие операции разметки, обеспечивается высокая производительность. Поэтому она является одним из наиболее про­грессивных технологических процессов.

Машины для термической резки подразделяют на универсальные, предназначенные для вырезки разнообразных по размерам и конфи­гурации деталей из листового металла, и специальные для выпол­нения какой-либо определённой операции, например для вырезки фланцев, резки труб. Универсальные машины могут быть стацио­нарными и переносными.

На рис. 4.4 приведены схемы термической резки и общий вид уни­версальной машины термической резки серии «Кристалл-2,5», пред­назначенной для раскроя листового проката чёрных и цветных ме­таллов методом плазменной или кислородной газопламенной резки по программе. Толщина разрезаемого металла от 1 до 20 мм. Шири­на разрезаемого листа до 2,5 м, длина листа не регламентируется.

Резка сортового и фасонного проката может осуществляться с применением ножниц следующих типов: пресс-ножницы комбини­рованные, ножницы комбинированные, сортовые, для резки уголка, для резки швеллеров и двутавров.

На прессножницах комбинированных можно резать полосу, круг, квадрат, уголок, тавр, швеллер и двутавр. Наряду с этим пресс-нож ницы позволяют резать листовой материал, а также осуществлять операции пробивки отверстий в листах и фасонных заготовках.

При резке фасонного проката так же, как и при резке листового проката на ножницах, основное время составляет наибольшую часть в общей трудоёмкости. Поэтому комплексная механизация резки фасонного проката обеспечивает значительное сокращение трудоём­кости и улучшение условий труда рабочих.

На комплексно-механизированных линиях в автоматическом ре­жиме выполняются следующие операции: подача заготовки под от­резное устройство, отрезка конца заготовки, подача заготовки под штамп пресса, вырубка фигурных отверстий, подача заготовки под отрезное устройство, отрезка детали на заданную длину, подача де­тали под маркировочный автомат, маркировка детали, сортировка деталей по длине. В линию входят: система программного управле­ния, пресс с подающим, вырубным и отрезным устройствами, на­сосная станция, клеймильный автомат и отводной рольганг. Для сме­ны штампов применяют быстродействующий блок роторного типа.

Холодная листовая штамповка в производстве сварных конст­рукций является наиболее прогрессивным технологическим процес­сом, так как обеспечивает высокую точность и производительность, низкую себестоимость изготовления деталей, сокращение массы свар­ных конструкций, объёма сборочно-сварочных работ и расхода ме­талла. Основные виды холодной штамповки - вырубка (пробивка), гибка и вытяжка (рис. 4.5).

Рис. 4.З. Заготовки, получаемые термической резкой

Рис. 4.4. Схемы односопловой (а), многосопловой (б) термической резки и общий вид (е) портальной машины термической резки серии «Кристалл-2,5»

Сварка. Введение в специальность

Рис. 4.5. Схемы холодной штамповки:

а - вырубка, б - одноу гловая гибка, в - двухупповая гибка,

г- вытяжка

4.2. ПОДГОТОВКА ЗАГОТОВОК ПОД СВАРКУ

Существующие способы дуговой сварки без специальной подго­товки кромок (без разделки) позволяют сваривать металл ограниченной толщины: при односторонней ручной сварке-до 4 мм, при механизированной под флюсом - до 18 мм. Поэтому при сварке метал­ла большой толщины для доступа дуги в глубь соединения и полного проплавления кромок на всю толщину необходимо их разделывать.

В зависимости от толщины свариваемого металла форма подго­товки кромок может быть: с отбортовкой, без скоса, со скосом одной или двух кромок (табл. 4.1).

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента (рис. 4.6): зазор Ь, при­тупление с, угол скоса р и угол разделки а.

Угол разделки кромок в зависимости от способа сварки и типа соединения может изменяться в достаточно широких пределах: от 60 до 90°. Тип разделки и угол разделки кромок определяют количество необходимого дополнительного металла для заполнения раздел­ки, а значит, и производительность сварки. Так, при Х-образной раз­делке кромок по сравнению с V-образной уменьшается объём на­плавленного металла в 1,6-1,7 раза; уменьшается время на обработ­ку кромок. Но в этом случае возникает необходимость вести сварку с одной стороны шва в неудобном потолочном положении или кан­товать свариваемые изделия.

Притуплением с обеспечивается правильное формирование и пре­дотвращаются прожоги в вершине шва. Зазор b необходим для про­вара вершины шва.

Отбортовку и гибку кромок под сварку выполняют на зигмашинах. Эти операции осуществляются между двумя вращающимися роликами, имеющими соответствующий профиль (рис. 4.7).

Верхний ролик имеет регулиров­ку по высоте, благодаря которой про­исходит начальное деформирование заготовки. Для подготовки кромок применя­ют механизированную термическую резку, резку на гильотинных ножницах и механическую обработку на токарных, карусельных, кромкострогальных станках и переносных агрегатах для снятия фаски (рис. 4.8), на которых обеспечивает­ся скорость обработки до 1,5 м/мин при ширине фаски S до 21 мм и глубине фаски Ндо 15 мм.

При ручной кислородной резке иногда требуется дополнительная зачистка кромок пневматическим зубилом или абразивным инстру­ментом для удаления неровностей и наплывов шлака.

Подготовленные кромки перед сборкой должны быть очищены от ржавчины, масла, краски, влаги и других загрязнений. Наличие их может привести в процессе сварки к образованию пор, шлаковых включений и других дефектов. Очистке подвергаются торцовые кром­ки свариваемых деталей, а также прилегающие к ним участки ме­талла шириной 25—30 мм.

Очистку можно осуществить как механическими способами -вращающимися щётками из стальной проволоки (рис. 4.9), абразив­ным инструментом, так и газопламенной обра­боткой. В последнем случае применяют обыч­ные сварочные или специальные многопламен­ные горелки для газовой сварки. Такой процесс очистки основан на быстром нагреве поверхно­сти детали, при котором окалина отслаивается, ржавчина обезвоживается, краска и масло сгора­ют, а влага испаряется. Остатки продуктов сгорания удаляют металлической щёткой. Детали посческая зачистка кро­ле сборки не очищают, так как при очистке в зазор мок под сварку могут попасть различные загрязнения, вызываю пористость шва. Собранные конструкции перед сваркой только об­дувают сжатым воздухом или прожигают газовой горелкой.

Рис. 4.8. Агрегат а и схема процесса снятия фаски б

4.3. СБОРОЧНЫЕ РАБОТЫ

Процесс сборки сварного изделия состоит из ряда последователь­ных операций. Прежде всего требуется подать заготовки, из которых собирают изделие или сварной узел, к месту сборки. Затем необхо­димо установить эти заготовки в сборочном устройстве в опреде­лённом положении. В этом положении детали должны быть закреп­лены, после чего их сваривают.

При сборке важно выдерживать необходимые зазоры и совмеще­ние кромок. Сборку заготовок под автоматическую сварку выполня­ют более тщательно, чем под ручную. Глубокий провар, большой объём сварочной ванны, жидкотекучесть расплавленного металла и постоянная скорость сварки приводят к необходимости выдерживания при сборке одинаковых зазоров, углов разделки и притупления кромок, так как в противном случае возможно образование непроваров или про­жогов. Особое внимание следует уделять равномерности зазора по всей протяжённости шва, так как в местах с увеличенным зазором швы по­лучаются вогнутыми, а в местах с заниженным зазором не только умень­шается проплавление, но и получается большая выпуклость шва.

Точность сборки проверяют шаблонами, измерительными линей­ками и различного рода щупами (рис. 4.10).

Детали закрепляют зажимными элементами сборочных приспо­соблений, а затем при необходимости прихватывают (рис. 4.11). При­хватки ставят с лицевой стороны соединения.