3. Сборочно-сварочные операции (С.А. Куркин, В.М. Ховов, А.М. Рыбачук - Nехнология, механизация и автоматизация производства сварных конструкции), страница 2

Более совершенная защита сварного соединения обе­спечивается применением герметичных камер с инерт­ной атмосферой, создаваемой после откачки воздуха. Сварка производится или вручную через рукава 3 (рис. 18, д) и резиновые перчатки 4 (рис. 18,6), вмонтированные в стенки камеры 1, или с помощью автоматической головки, расположенной в камере. Наблюдение за процессом свар­ки ведется через смотровое окно 2. Сварку деталей больших размеров выполняют в обитаемых камерах с конт­ролируемой атмосферой, в которых сварщики работают в скафандрах.

Дуговую точечную сварку в защитном газе с приме­нением специальных насадок на сопло целесообразно ис­пользовать для прихватки и сварки нахлесточных (рис. 20, а), угловых тавровых (рис. 20, б) соединений дета­лей толщиной до 6 мм.

Электронно-лучевая сварка. Лазерная сварка (лист 30).

Электронно-лучевая сварка в вакууме применяется для сварки специальных сортов сталей, тугоплавких и химически активных металлов, например, тантала, цир­кония, молибдена и др. Целесообразно использование ее для некоторых марок титановых и алюминиевых спла­вав, а также для соединения разнородных металлов. Вслед­ствие значительной концентрации энергии в луче швы полу­чаются с минимальной зоной расплавленного металла и большой глубиной проплавления (рис. 1). Электронным лучом можно сваривать изделия толщиной 100 мм и бо­лее за один проход. Сварка электронным лучом расши­ряет область использования сварных соединений с про­резными швами (рис. 2, а, б, г) и позволяет сваривать конструкции, в которых есть элементы, недоступные для сварки другими способами (рис. 2, в). На рис. 2, в показана конструкция, сваренная путем одновременного проплавления трех листов.

Установка для электронно-лучевой сварки (рис. 3,6) состоит из вакуумной камеры 7, в верхней части кото­рой размещается электронная пушка 2. Пушка (рис. 3,д) состоит из катода 1, ускоряющего электрода-анода 2, фокусирующей магнитной линзы 3 и системы отклонения луча 4. Внутри камеры находится механизм перемеще­ния изделия 4 (рис. 3,6). Наблюдение за процессом свар­ки ведется через смотровые окна 3 и 5, изготовленные из свинцового стекла.

В последние годы начали применять электронно-лу­чевую сварку при вакуумировании только зоны сварки. В этом случае в районе сварочной ванны по обе стороны стыка создается вакуум наружной 2 (рис. 4) и внутрен­ней 3 камерами. При сварке электронно-лучевой пушкой 1 в локальном вакууме обеспечивается вакуумирование по всей длине сварного шва (рис. 4, а, б), а при сварке в мобильном вакууме камеры перемещаются по изде­лию (рис.4,в).

Особенности лазерной сварки является возможность получения плотности энергии в месте сварки того же порядка, что и при использовании электронного луча, с образованием узкого и глубокого проплавления 1 (см. рис. 1) и с малой величиной остаточных деформаций. Сварку металлов можно вести на воздухе, в защитной атмосфере и в вакууме через прозрачные оболочки. Воз­можность точной дозировки энергии делает этот способ пригодным для сварки микросоединений. Широко приме­няется лазерная сварка в радиоэлектронике и электрон­ной технике при сварке контактов проводников с план­ками на микро платах, твердых схемах и микроэлементах. Лазерным лучом можно сваривать различные компози­ции металлов: золото — кремний, германий — золото, никель — тантал, медь — алюминий и др.

В машиностроении использование газовых лазеров непрерывного действия позволяет сваривать стали тол­щиной до 15 мм. При совершенствовании лазерных установок возможности лазерной сварки будут расти. На рис. 5 представлена схема лазерной установки непрерывного действия, предназначенной для сварки и тер­мообработки. Луч, выходя из газового квантового ге­нератора 1, отражается от зеркал 3 и поворотного зеркала 2 и попадает или на установку для сварки через фокуси­рующую систему 5, или, пройдя по луче проводу 4 и че­рез систему фокусировки б, используется для термооб­работки. Изделия для сварки и термообработки устанав­ливаются на рабочие столы 7.

Электрошлаковая сварка (листы 31 ... 34). Метод электрошлаковой сварки, разработанной в СССР сотрудниками Института электросварки им. Е.О. Патона, нашел широкое применение в нашей промышленности и за рубежом. Электрошлаковая сварка является наибо­лее экономичным способом сварки углеродистых, низко­легированных и высоколегированных сталей толщиной свыше 40 мм. В условиях монтажа применение электрош­лаковой сварки часто оказывается эффективным и при меньших толщинах свариваемых элементов. Использо­вание этого способа позволяет отказаться от изготовле­ния многих изделий в цельнолитом и цельнокованом исполнении и перейти к более экономичным составным конструкциям с применением сварки (лист 31, рис. 1).

Из различных форм продольных сечений стыков (рис. 2, а ... з) наиболее удобны для сварки прямоуголь­ные и кольцевые. Задача сварки сложных профилей всегда может быть упрощена при правильном констру­ировании, например с помощью местных приливов ши­риной 50 ... 60 мм на сторону (рис. 2,ж). В случае малой доступности одной из сторон шва можно использовать остающуюся подкладку (рис. 3). При этом следует иметь в виду, что при наличии стыков такой подкладки по длине они должны быть тщательно проварены. Не провар сты­ка остающейся подкладки может вызвать образование трещины. Для однотипных, часто повторяющихся в дан­ном производстве изделий можно применять медные при­ставки или формы, охлаждаемые водой (рис. 4). Весьма успешно электрошлаковую сварку применяют при ре­монте и для исправления дефектов литья, например при заварке отверстий (рис. 5).

Кольцевые швы по технике сварки отличаются от пря­молинейных конструктивным оформлением устройств для формирования обратного валика и необходимостью замыкания конца шва с началом. Сварку кольцевого стыка начинают на вспомогательной пластинке, вварен­ной в зазор стыка (рис. 6, д). После заварки примерно полуокружности стыка участок с началом шва появля­ется на другой стороне кантователя (рис. 6, б), свар­щик выплавляет воздушно-дуговой или кислородной резкой начало шва до полного устранения непроваров и придает торцу шва наклонный срез, облегчающий вы­полнение замыкания шва (замка) (рис. 6, в и лист 32, рис. 7). Усадочную раковину выводят или в специальный прилив в наружном формирующем ползуне, или в мед­ный кокиль, или же выплавляют и заваривают вручную. Формирование обратной стороны шва можно осущест­влять остающимся стальным кольцом, медным охлаж­даемым кольцом, обратным ползуном. Применение стального кольца возможно в тех случаях, когда кон­струкция изделия не требует его удаления или когда из­делие подвергается последующей механической обработ­ке. Кромки кольцевого стыка, как и продольных сты­ков, скрепляют внутри и снаружи обечайки П-образными скобами или планками, приваренными к стенкам изделия. При сварке с медным охлаждающим кольцом 1 (рис. 8) оно заводится в отверстие скоб 2 и закрепляется клиньями 3, которые вбивают между скобами и кольцом. Устройство стыка формирующего кольца по­казано на рис. 9. Обратный ползун применяется в тех случаях, когда это допускает форма изделия. При свар­ке закрытых сосудов с малыми размерами лазовых от­верстий и при расположении стыка на большом рассто­янии от торца изделия установка такого ползуна зат­руднительна. Варианты крепления ползунов показаны на рис. 11 и 12.

При сварке прямолинейных швов начало и конец шва следует выводить за пределы рабочей части соеди­нения путем постановки начальных и выводных планок (рис. 10).

При условии принятия специальных мер электрошла­ковым способом можно сваривать элементы большой толщины из алюминия и его сплавов. Элементы из тита­на и его сплавов при толщине более 30 мм также целе­сообразно соединять электрошлаковой сваркой, при­меняя защиту аргоном поверхности шлаковой ванны (рис.13).

В настоящее время существуют три основных при­ема электрошлаковой сварки: 1 — сварка проволокой с колебаниями или без колебаний (лист 33, рис. 14, а, б); 2 — сварка пластинчатыми электродами большого сечения (рис. 15); 3 — сварка плавящимся мундштуком (рис. 16... 18).

Положительной стороной первого приема являет­ся наименьшая потребляемая мощность и удобство наблю­дения за варочной ванной, отрицательным - трудность сварки элементов больших толщин и сложных сечений и необходимость иметь свободный доступ, по крайней мере, с одной стороны шва. При втором приеме достоин­ством является возможность вводить электроды сверху и создавать надежное уплотнение стыка неподвижными формирующими устройствами, недостатком - наи­большая потребная мощность и трудность корректиро­вания направления электродов. Третий прием является наиболее универсальным и позволяет производить свар­ку элементов практически неограниченной толщины и формы, а также в труднодоступных местах, однако наб­людение за сварочной ванной затруднено. Толщину пла­вящегося мундштука можно принимать в пределах от 10 до 50 % от размера зазора, типы мундштуков пока­заны на рис. 18. При большом числе прямолинейных швов одинаковой толщины выгодно применять мунд­штуки, штампованные из листа (рис. 18, а). Мундшту­ки, показанные на рис. 18, б, более трудоемки, но орга­низовать их производство проще. Они изготовляются то­чечной сваркой из полос толщиной 4 ... 5 мм и листа толщиной 1 мм. Для сварки швов переменного сечения мундштуки такого типа или составляются из полос (рис. 18, д), или вырезаются из листа соответственно форме продольного сечения стыка (рис. 18, е). Наиболее точное направление электрода обеспечивает мундштук (рис. 18, в), у которого канал для электродной проволоки об­разован спиралью. Иногда для направления проволоки ис­пользуют трубки, прикрепленные к пластинам скобками с помощью точечной сварки (рис. 18, г и е). Изоляция плавящегося мундштука от изделия в зазоре осуществля­ется с помощью клиньев из стекловаты, пропитанной жид­ким стеклом и высушенной (рис. 17). Аппарат для сварки плавящимся мундштуком состоит из одного подающего механизма, который или устанавливается прямо на изде­лии и подает проволоку непосредственно в мундштук, или ставится в стороне и подает проволоку через гибкие шланги. Устройство подающего механизма с регулиро­ванием расстояния между электродами показано на рис. 19 (лист 34). Ведущий вал 1 имеет шпоночную канавку по всей длине. Подающие ролики 2 сидят на скользящих шпонках 3 и могут перемещаться вдоль оси валика. Втул­ки обоих прижимных роликов свободно сидят на оси 5, но фиксируются охватывающими их хомутиками 6. Пред­варительное совмещение роликов выполняют шайбами 4, окончательное совмещение и фиксацию обоих роликов осуществляют через электрод.

В ИЭС им. Е. О. Патона создан универсальный аппарат А-535, который можно настраивать на выполнение следу­ющих швов и соединений: стыковых соединений толщи­ной до 500 мм (рис. 20,а); угловых и тавровых соедине­ний (рис. 20, б); наклонных и кольцевых швов (рис. 20, в, г, д); стыковых швов большого сечения с использо­ванием пластинчатых электродов (рис. 20, е); швов сложной конфигурации плавящимся мундштуком (рис. 20, ж) и с использованием неплавящегося электрода (рис. 20, з). Для сварки в труднодоступных местах и в ус­ловиях монтажа следует использовать малогабаритные маг-нитошагающие аппараты. Схема работы магнитошагающего механизма представлена на рис. 21, на котором пос­ледовательно показаны положения магнитных башмаков, связанных эксцентриковым валиком с эксцентрисите­том е. При применении одновременно двух агрегатов можно осуществлять сварку угловых соединений с тол­щиной шва до 150 мм.

Конструирование, сборку и сварку изделий с приме­нением электрошлаковой сварки следует производить с учетом ее особенностей. Пример учета таких особеннос­тей показан на рис. 22.

Если при выполнении электрошлакового шва имела место остановка процесса (рис. 23), то место усадочной раковины удаляется, сварочная ванна наводится снова, а после окончания сварки место начала ее наведения вы­плавляется и подваривается вручную.

Контактная сварка (листы 35, 36). Контактной сваркой сваривают малоуглеродистые и специальные стали, цветные металлы и их сплавы толщиной от нескольких микрон до 30 мм при точечной сварке. Этот способ сварки характеризуют высокий уровень механизации и автома­тизации, высокая производительность и культура про­изводства.

Точечной и шовной контактной сваркой можно соеди­нить детали и узлы весьма сложной формы и разнообразных габаритов. Наиболее технологичны узлы открытого ти­па (лист 35, рис. 1), сваренные прямыми электродами (рис. 5, а). Достаточно технологичны и узлы полуоткры­того типа (рис. 2), доступные для точечной сварки наклонно поставленными или изогнутыми электродами (рис, 5, б, в). Изготовление узлов закрытого типа не встречает затруднений, если размеры a, b, d, l (рис. 3) не меньше не­которого минимального значения. Сварку деталей с ма­лым поперечным сечением производят на оправке (рис. 5, г) при условии свободного доступа к детали с двух сторон. Приварка к листу штифта (рис. 5, г), Т-образная сварка листа с длинным стержнем (рис. 5, д, е), свар­ка стержней между собой (рис. 5, ж) к приварка стержня к листу (рис. 5, з) могут осуществляться на обычном оборудовании с применением стандартных или специ­ализированных электродов и зажимных приспособлений, закрепленных на электрод одержателе.

Рельефная сварка применяется, в основном, для свар­ки деталей из малоуглеродистой стали одновременно в нескольких точках или тогда, когда использование обыч­ной точечной сварки затруднительно. Рельефные высту­пы выполняются штамповкой, сварка производится на специальных сварочных прессах. Алюминиевые и медные сплавы этому способу сварки поддаются труднее. На рис. 4 показаны различные случаи применения рельеф­ной сварки: при соединении листа со стержнем (рис. 4, а ... в) и с трубой (рис. 4, г); при приварке небольших деталей к деталям из листового материала (рис. 4, д... к);

при сварке уголков (рис. 4, и); при сварке тонких лис­тов с толстыми, когда в более толстом листе выступы выполняются с помощью кернера (рис. 4, л); при свар­ке листов с применением продолговатых выступов (рис. 4, л, м); при сварке угловых соединений с продольными выступами (рис. 4, к) или с выступами на торцовой по­верхности, выполненными с помощью кернера (рис. 4,о). В ряде случаев использование высокопроизводительной контактной точечной сварки затрудняется отсутствием дефицитного холоднокатаного листа, в то время как го­рячекатаный металл требует трудоемкой очистки от окалины. Применение рельефно-точечной сварки, выпол­няемой на точечных машинах в местах, где заранее выштампованы рельефы (рис. 6), позволяет успешно сваривать не очищенный от окалины горячекатаный металл, так как образование рельефа сопровождается значительной местной деформацией, в результате которой слой ока­лины разрушается.

Шовная контактная сварка широко применяется при изготовлении труб, баков, цилиндрических сосудов и тд. (лист 36, рис. 7). На рис. 8 показаны приемы шовной сварки. Соединение внахлестку может свариваться двумя роликами (рис. 8, а, б, е) или роликом (рис. 8, в). При­емы приварки донышек к цилиндру показаны на рис. 8, г ... з; приварка фланца 1 к листу 2 — на рис. 8, и. В тех случаях, когда в месте сварки требуется получить тол­щину металла, не превышающую толщины свариваемого листа, или когда одна из сторон свариваемой детали долж­на быть ровной, применяют приемы, показанные на рис. 8, к... н.

При сварке малоуглеродистой стали повышенных толщин для получения плотных соединений иногда сва­риваемые листы 1 и 2 (рис. 8, n) предварительно привари­ваются точечной сваркой к листу 3, в листах 1 и 2 дела­ются скосы и в образовавшуюся канавку закладывается проволока (рис. 8, п). На рис. 8, р приведены некоторые типы специальных соединений, а на рис. 8, с показана приварка донышка к сосуду прямоугольной формы. При стыковой сварке стальных листов 1 (рис. 9) целесообраз­но использовать ленты 3 толщиной 0, 1 ... 0, 2 мм. Ленты подаются под сварочные ролики 2 из бухт, закрепленных на машине.