Сварные конструкции (II часть) - середина (1085877), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Рис. 17.6. Конструкция стыка кольцевого соединения вала ротора турбины.
Первые слои швов выполняют при вращении ротора 3 от мотора 1 через редуктор 2 (рис. 17.7). Ротор 3 расположен вертикально, чтобы исключить влияние силы тяжести. Обеспечить симметрию сварочных деформаций можно, выполняя каждый корневой шов одновременно двумя или тремя симметрично расположенными сварочными головками 4 вольфрамовым электродом в аргоне. Затем в этом же положении ряд слоев укладывают плавящимся электродом в среде СО2. После заполнения той части разделки, которая необходима для обеспечения определенной жесткости ротора, он переносится в центровой вращатель с горизонтальным расположением оси и основную часть разделки заполняют многослойной сваркой под флюсом в нижнем положении. Такая технология позволяет предотвратить искривление настолько, что биение сваренного вала не превышает 0,5 мм на длине 5 м.
Рис. 17.7. Схема сварки ротора газовой турбины.
Сварные колеса в тяжелом и энергетическом машиностроении достаточно разнообразны. Среди них рабочие колеса мощных гидротурбин выделяются как размерами, так и сложностью процесса изготовления. Так, например, рабочее колесо турбины Красноярской ГЭС (рис. 17.8) имеет диаметр свыше 8 м, что намного превышает габарит подвижного состава железных дорог. Поэтому изготовленное целиком в условиях Ленинградского металлического завода колесо от места расположения завода-изготовителя до места монтажа было доставлено водным путем.
Рис 17.8. Рабочее колесо турбины Красноярской ГЭС.
Рабочее колесо состоит из верхнего и нижнего ободов и лопастей. Последовательность и содержание основных этапов процесса его изготовления показаны на рис. 17.9. Верхний обод выполнен из двух литых заготовок стали 20ГС-Л с максимальной толщиной 500 мм (рис. 17.9,а). Отливки проходят предварительную механическую обработку по всем поверхностям, за исключением поверхности по .наружному диаметру. Затем заготовки собирают в кольцо и устанавливают в вертикальное положение под электрошлаковую сварку, причем для компенсации неравномерности поперечной усадки по длине шва зазор в нижней части стыка задают в пределах 25—27 мм, а в верхней — 50—54 мм. После сварки верхний обод подвергают высокому отпуску и передают на механическую обработку, где внутреннюю поверхность обода обрабатывают окончательно, а остальные поверхности — с припуском. Лопасти рабочего колеса выполняют кокильной отливкой из стали 20ГС-Л. Требуемую точность формы обеспечивают рубочными и наплавочными работами с проверкой по пространственному шаблону и последующей шлифовкой. Для повышения стойкости против кавитационного износа часть выпуклой поверхности лопастей облицовывают тонким слоем нержавеющей стали сваркой взрывом. После механической обработки торца, примыкающего к верхнему ободу, лопасти поступают на сборку.
Сборка начинается с разметки гладкой внутренней поверхности верхнего обода под установку лопастей по шагу и профилю. Четырнадцать лопастей последовательно устала вливают на верхний обод с соблюдением зазора в стыке (снизу 37 и сверху 47 мм) и закрепляют с помощью приварки скоб и технологических жесткостей (рис. 17.9,б). Затем на верхнем ободе закрепляют ось с цапфами и с ее помощью собранный узел устанавливают на стойках специального кантователя (рис. 17.9,в). Этим обеспечивается возможность поворота узла в положение, удобное для выполнения каждого стыка электрошлаковой сваркой плавящимся мундштуком. Плавный переход от тела лопасти к телу верхнего обода задают соответствующей формой медных подкладок, охлаждаемых водой; их крепление с помощью клиньев показано на рис. 17.9,г. После сварки и высокого отпуска на карусельном станке производят обработку торцов лопастей под сопряжение с нижним ободом и подготовку кромок под К-образную разделку.
Нижний обод собран из четырех гнутых заготовок из проката стали 22К толщиной 190 мм, как показано на рис. 17.9,д. После попарного выполнения стыков электрошлаковой сваркой и высокого отпуска обод подвергают механической обработке с припуском 15 мм по внешнему диаметру на чистовую обработку. Общую сборку колеса производят, как показано на рис. 17.9,е. С помощью гидравлических домкратов нижний обод поднимали и вводили в сопряжение с кромками лопастей. Сварка производится одновременно несколькими сварщиками в среде СО2. Сваренное колесо проходит полный цикл термообработки— нормализацию и высокий отпуск, после чего выполняется окончательная механическая обработка.
Рис. 17.9. Технология изготовления рабочего колеса турбины Красноярской ГЭС.
Применительно к изготовлению радиально-осевых колес крупных гидротурбин возможны и другие конструктивно-технологические решения. Так, рабочее колесо Плявиньской ГЭС выполнено из двух частей исходя из необходимости перевозки по железной дороге, причем заводская сварка выполнялась преимущественно вручную. Так как рабочее колесо изготовлено из двух половин, то две лопасти, попадающие в плоскость разъема, разрезные. Конструкцией колеса предусмотрено соединение стыков верхнего обода на болтах, а нижнего — с помощью сварки. Такое решение определялось, с одной стороны, невозможностью осуществить болтовое соединение нижнего обода из-за жесткого ограничения габаритов стыка, а с другой — стремлением избежать искажений окончательно обработанной поверхности верхнего обода, которой он присоединяется к фланцу вала гидротурбин. Стыки нижнего обода сварены ручной сваркой способом «поперечной горки» одновременно четырьмя сварщиками попарно «дуга в дугу». Подогрев до температуры 120—200 °С производили с помощью индукторов. Эти же индукторы использовались для высокого отпуска стыков обода после сварки. Стыки разъемных лопастей сваривали многослойной сваркой вручную без подогрева.
§ 2. Серийное и крупносерийное производство деталей общего машиностроения.
Большинство деталей машиностроения можно выполнить сварными из отдельных заготовок простой формы. Применительно к индивидуальному производству деталей тяжелых машин такой подход, как правило, оправдывается. Однако для деталей, выпускаемых в условиях серийного, а тем более массового производства, целесообразность изготовления детали составной с помощью сварки не является бесспорной. Эта целесообразность существенна зависит от технологичности конструкции, т. е. от характера расчленения детали, метода получения заготовок, их обработки, удобства-выполнения и трудоемкости сборочно-сварочных операций, возможности механизации и автоматизации процесса изготовления, искажения размеров и формы от сварки, необходимости и характера последующей термической и механической обработки. Эти соображения приобретают тем большее значение, чем выше серийность выпуска изделий.
Примером серийного производства сварных станин значительных размеров может служить изготовление картеров блоков транспортных дизелей на Коломенском тепловозостроительном заводе. То обстоятельство, что дизели определенной размерности, но разной мощности отличаются только числом цилиндров (8, 12, 16 и 20), позволило унифицировать заготовки, из которых собирают и сваривают картеры. Как видно из схемы (рис. 17.10,а), картер блока дизеля с V-образным расположением цилиндров составляется из литых стоек трех типов (передней, задней и промежуточной) с одинаковыми стыками между ними. В результате такой унификации количество одинаковых стыков, подлежащих сборке и сварке при производстве дизелей данного типа, увеличилось настолько, что стало экономически оправданным создание сложного и дорогого оборудования. Согласно разработанной ИЭС им. Е. О. Па-тона технологии, стойки, отлитые из стали 20Л (рис. 17.10,6), последовательно присоединяют одна к другой контактной сваркой непрерывным оплавлением, причем нижние лапы / и 5, боковые стенки 2 и 4 и верхнюю перемычку 3 сваривают одновременно (суммарная площадь сечения 50 000 мм2). Стойки поступают на сборку без предварительной механической обработки, суммарный припуск на оплавление одной стойки составляет 40 мм.
Рис. 17.10. Картер блока дизеля:
а — схема расчленения картера на переднюю /, промежуточные 2 и заднюю 3 стойки; б — литая промежуточная стойка.
Специальный сборочно-сварочный комплекс К-579 обеспечивает механизацию операций приема стоек, подачи их в зону сварки, совмещения базовых поверхностей, перемещения после сварки на заданный шаг и выдачи изделия после выполнения заданного числа стыков. Термический цикл и деформации всех пяти элементов стыка оказываются настолько близкими, что остаточные напряжения в направлении поперек стыка практически отсутствуют. Это позволяет обеспечить максимальную погрешность длины картера ±2,5 мм, расстояния между осями цилиндров ± 1 мм, смещения осей стоек в поперечном направлении не более 2 мм и пропеллерности основания стоек ±2 мм. Малые отклонения в размерах картера позволили намного уменьшить припуски на механическую обработку, а низкий уровень остаточных напряжений главного направления и однородность структуры сварных соединений позволили отказаться от отпуска картера после сварки. В условиях серийного производства эти особенности рассмотренной технологии являются весьма важными и обеспечивают значительный экономический эффект.
К
ольцевые швы, соединяющие заготовки валов, осей и роликов в условиях серийного производства, выполняют дуговой, контактной стыковой сваркой и сваркой трением, причем область применения сварки трением заметно расширяется. Так, на рис. 12.25 были приведены два варианта изготовления карданного вала автомобиля. Возникающая при дуговой сварке деформация ушков вилки кардана смещает оси отверстий 39 мм, что ведет к перекосу подшипников и снижению долговечности карданной передачи.
Обеспечение соосности отверстий последующей обработкой значительно удорожает изготовление. В то же время требуемая точность без последующей механической обработки может быть получена при сварке трением. Стабильность размеров и уменьшение остаточных деформаций в этом случае объясняются более равномерным нагревом при сварке и увеличением расстояния от оси шва до оси отверстий в вилке кардана без изменения размера штамповки. Одновременная сварка трением двух стыков легко поддается автоматизации, обеспечивая при этом требуемую прямолинейность оси всего карданного вала.
Другим примером использования сварки трением для повышения технологичности конструктивного решения может служить полуось трактора (рис. 17.11). Если полуось расчленить на две части, то внутренние шлицы можно обработать протяжкой. Сварка такой составной детали на стыковой машине сопровождается опасностью повреждения шлицев сварочным гратом, а использование дуговой сварки — возможностью искажения прямолинейности оси от сварочных деформаций. Поэтому для изготовления таких осей используют сварку трением на специальной машине.
Рис. 17.11. Полуось трактора.
Шкивы, барабаны и другие детали подобного типа обычно изготовляют с помощью дуговой сварки. При серийном производстве зубчатых колес сварку используют пока в ограниченной степени. В то же время экономичность выпуска сварных блоков шестерен привода автомобилей и тракторов взамен цельных является очевидной. Однако использование готовых термически обработанных заготовок предъявляет к сварке высокие требования по качеству соединения и точности размеров блока после сварки. Перспективной является электроннолучевая сварка, позволяющая получать швы с глубоким и узким проплавлением при минимальных деформациях. Об этом свидетельствует опыт автомобильной промышленности США. Предполагается широкое внедрение поточных и автоматических линий сварки шестерен электронным лучом в низком вакууме. В связи с опасностью образования трещин для шестерен следует использовать хорошо сваривающиеся низколегированные стали, например 15ГН2ТА.
Для крупносерийного производства сварных деталей относительно простой формы и небольших размеров характерно использование сварочных и сборочно-сварочных полуавтоматических и автоматических станков. При изготовлении сварных деталей с круговыми швами малой протяженности производительность станка существенно зависит от затрат времени на вспомогательные и установочные операции. С целью их сокращения стремятся совмещать операции во времени, выполняя однотипные кольцевые швы одновременно несколькими сварочными головками, используя поворотные многопозиционные приспособления барабанного типа.
Рис. 17.12. Сварная деталь с двумя круговыми швами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
