ЗВАРНІ КОРПУСИ РЕДУКТОРІВ

При одиничному виробництві економічно вигідніше корпусні деталі виконувати зварними.

Зварні з'єднання

8.5.2.1.1. Загальні відомості

Зварювання є основним способом отримання нероз'ємних з'єднань в машинобудуванні.

Існує кілька видів зварювання.

За освітою металевого зв'язку зварювання ділять на дві групи способів:

• 1. Способи зварювання плавленням:
  • • дугова (ручна, механізована і автоматична під флюсом, аргонодуговая, в вуглекислому газі, атомно-воднева);
  • • електрошлакове;
  • • плазмова;
  • • електронно-променева;
  • • газова;
  • • лазерна;
  • • пічна;
  • • термітна.
• 2. Способи зварювання тиском:
  • • із застосуванням нагріву:
    • - контактна (точкова, шовна і стикова);
    • - дифузійна;
    • - тертям;
    • - індукційна;
    • - газопрессовая;
  • • без застосування нагріву:
  • - ультразвукова;
  • - холодне зварювання;
  • - вибухом.

Найбільшого поширення набула дугове електрозварювання.

Стандарти, що регламентують основні типи, конструктивні елементи, розміри і умовні позначення зварних з'єднань, дані в табл. 8.2.

Вибір способу зварювання визначається наступними факторами:

• • маркою зварюваного матеріалу;
• • необхідними властивостями зварного з'єднання;
• • конструкцією складальної одиниці.

Необхідно брати до уваги і додаткові фактори, що впливають на вибір способу зварювання (наприклад, загальний обсяг зварювання в виробі, серійність і вартість процесу зварювання), і розглядати їх з урахуванням конкретних умов виробництва звареної конструкції.

Таблиця 8.2

Стандарти, що регламентують основні типи, конструкційні елементи, розміри і умовні позначення зварних з'єднань

Для правильного вибору способу зварювання нижче наводиться короткий опис можливостей і особливостей деяких з них.

8.5.2.1.2. Ручна дугова зварка

Ручна дугова зварка здійснюється дугою, що горить між металевим електродом і основним металом.

Застосовуються як не плавляться, так і плавляться електроди, допоміжні матеріали (активні і неактивні флюси, захисні гази та газові суміші).

Плавляться електроди виготовляють з електротехнічного вугілля, синтетичного графіту або вольфраму.

Плавкі електроди виготовляють з холоднотянутой калиброванной дроту діаметром (0,3-12) мм, а також гарячекатаної або порошкового дроту.

Ручна дугова зварка металевими електродами є універсальним способом зварювання плавленням, що дозволяє виконувати вага види з'єднань з усіх марок конструкційних, вуглецевих, легованих і високолегованих сталей і сплавів при різному поєднанні зварюються товщиною до 100 мм.

Ручного дугового зварювання допускається зварювати деталі з чавуну, титану, мідних і алюмінієвих сплавів.

Переваги: легке регулювання процесу, можливість отримання досить високих температур, збереження хімічного складу матеріалів деталей, що зварюються. Це один з найбільш дешевих способів зварювання.

8.5.2.1.3. Дугове зварювання в захисному газі

При зварюванні в середовищі захисних газів електрична дуга і розплавлений метал зварювальної ванни захищені від атмосферного повітря оболонкою, що складається з захисного газу.

За характером впливу захисного середовища на розплавлений метал зварювання ділиться на дві групи:

• • зварювання в середовищі інертних газів;
• • зварювання в середовищі вуглекислого газу.

Сварка в середовищі інертних газів виконується двома способами:

• • не плавиться (вольфрамовим) електродом із застосуванням або без застосування присадного дроту;
• • плавиться.

У середовищі інертних газів рекомендується зварювати деталі з алюмінієвих, мідних і титанових сплавів, високолегованих сталей і сплавів, а також деталі з різнорідних сталей і сплавів.

У середовищі вуглекислого газу рекомендується зварювати деталі з вуглецевої і легованої сталей товщиною до 20 мм. Зварювання в середовищі вуглекислого газу не допускається застосовувати при виготовленні конструкцій з алюмінієвих, титанових і мідних сплавів.

8.5.2.1.4. Газове зварювання

При газовому зварюванні зварюваний і присадний метали розплавляють в полум'я, отримують при згорянні будь-якого пального газу (найчастіше - ацетилену) в кисні.

Газове зварювання здійснюють і без застосування присадочного матеріалу - формування шва проводять за рахунок розплавлення кромок основного металу (з'єднання - стикове з відбортовкою і кутова).

Цю зварювання застосовують в основному при ремонтних роботах, при заварці дефектів чавунного лиття, при зварюванні тонколистових конструкцій з маловуглецевих сталей (товщиною до 5 мм) і деяких кольорових металів.

У порівнянні з електродугової зварюванням, газове зварювання - процес малопродуктивний.

Недоліки: міцності якості зварних з'єднань на сталях і алюмінії невисокі, виникають значні деформації деталей, що зварюються.

8.5.2.1.5. Види зварних з'єднань

Основними видами зварних з'єднань дугового і газовим зварюванням є:

• • стикові (С);
• • кутові, які, в свою чергу, поділяються на:
• - нахлесточного (Н);
• - таврові (Т);
• - кутові (У).

Найбільш прості і міцні стикові шви.

Кутові шви можуть виконуватися за один або кілька проходів автоматичної, механізованого та ручного зварювання, що призводить до різної глибині провару основного металу (рис. 8.23, а; 8.23, ").

Кутові шви трикутного профілю роблять прямими (нормальними) (рис. 8.23, а), опуклими (рис. 8.23, г) і увігнутими (рис. 8.23, д) і іноді з нерівними катетами (рис. 8.23, е).

Найчастіше застосовують нормальний шов.

Опуклі шви (умовно звані швами з підсиленням) схильні до утворення підрізів (не провалився на ділянках з'єднання шва зі стінками деталей) і мають зниженим опором втоми.

Найбільш міцні увігнуті шви, але виконання їх важче і менш продуктивно.

Шви з нерівними катетами доцільно застосовувати в конструкціях, що працюють на втомні навантаження.

Площа зрізу кутового шва залежить від розрахункової товщини шва і його довжини (рис. 8.23).

Розрахункова товщина шва залежить від способу виконання шва, його види та пов'язана з катетом шва До залежністю:

де Р коефіцієнт для визначення розрахункової товщини кутового шва, що дорівнює: 1 - для однопрохідної автоматичного зварювання (рис. 8.24, б) ' _у 0,8 - для однопрохідної механізованого зварювання; 0,7 - для ручного зварювання (рис. 8.23, г), а також для багатопрохідної автоматичної і механізованого зварювання (рис. 8.24, а); К - розрахунковий катет кутового шва, що дорівнює катету вписаного рівнобедреного прямокутного трикутника.

Часто при розрахунках міцності з'єднань з кутовими швами коефіцієнт Р приймають рівним 0,7 незалежно від способу зварювання.

Катет шва вибирають з умови К <^, але не менше 3 мм при 5> 3 мм. Верхня межа товщини швів не обмежений, але шви, у яких До> 20 мм, зустрічаються рідко.

Через дефекти зварювання на кінцях шва (НЕ проварена на початку і кратер в кінці шва) приймають мінімальну довжину шва не менше 30 мм.

У напусткових з'єднаннях приймають 1.> 4.У ,, де .У, - мінімальна гол-

шина деталей, що зварюються.

Довжина 1ф лобових швів не обмежена. Довжина £ _л флангових швів не повинна

перевищувати 60К для обмеження нерівномірності розподілу напружень по довжині флангового шва.

При точкової і роликового зварювання тонких виробів (товщиною менше 2 мм) діаметр точки д і ширина шва повинні бути в 2-3 рази більше товщини 5 найбільш тонкого свариваемого елемента. При зварюванні більш товстих матеріалів діаметр точки і ширину шва вибирають із співвідношення з1 = .У + 3 мм.

Мал. 8.23

Мал. 8.24

8.5.2.1.6. Вибір зварювальних матеріалів

Зварюваність конструкційних вуглецевих, легованих і низьколегованих сталей визначається наближено по еквіваленту вуглецю за формулою:

де С - вміст вуглецю,%;

Мп - вміст марганцю,%;

Ni - вміст нікелю,%;

Сг - вміст хрому,%;

Мо - зміст молібдену,%;

V - вміст ванадію.

Залежно від величини С сталь по зварюваності підрозділяється на чотири групи:

I - хороша зварюваність, С _е <0,25%;

II - задовільна зварюваність, С _е = (0,25-0,39)%;

III - обмежена свариваемость, С _е = (0,39-0,5)%;

IV - погана свариваемость, С _е > 0,5%.

При виборі марок сталей для зварних конструкцій слід застосовувати марки сталей, віднесених до груп зварюваності I, II, III. Застосування марок сталей групи IV слід обмежувати (табл. П.88, п.89).

До зварювальних матеріалів відносяться зварювальний дріт, флюси, електроди для ручної зварки, захисні та горючі гази.

При призначенні зварювальних матеріалів необхідно враховувати їх техніко-економічні характеристики: марку зварюваного матеріалу, забезпечення необхідної форми і розмірів швів, забезпечення необхідних механічних властивостей зварних з'єднань і корозійної стійкості, можливість зварювання в різних просторових положеннях, попередження появи тріщин в металі шва і зоні термічного впливу, спосіб зварювання, вартість, коефіцієнт корисної дії.

Для забезпечення експлуатаційної надійності зварних з'єднань необхідно забезпечувати не тільки равнопрочность шва з основним металом, а й високу пластичність металу шва. Практично це порівняно легко досягається при зварюванні маловуглецевих сталей. При зварюванні високоміцних і легованих сталей, коли не представляється можливим підібрати електроди, що забезпечують поєднання цих умов, слід надавати перевагу електроди з дещо меншою міцністю наплавленого металу, але з більш високою пластичністю.

Механічні характеристики зварювальних матеріалів наведені в табл. П.92, рекомендації щодо їх застосування - в табл. П.90), технологічні особливості при зварюванні сталей - в табл. П.91 і марки зварювального дроту алюмінієвих сплавів - в табл. П.93, П.94.

При зварюванні алюмінію і його сплавів допускається застосування зварювання в середовищі інертних газів, контактної, газової, ручній, під флюсом.

Вибір складу дроту для зварювання обумовлюється вимогами, що пред'являються до металу шва і з'єднань. Зазвичай вимоги передбачають стійкість проти утворення тріщин, міцність, пластичність, корозійну стійкість.

У табл. П.95 наведені області застосування алюмінієвих сплавів, їх властивості та характеристики зварюваності.

У табл. П.96 наведені рекомендовані марки зварений і присадного дроту для зварювання міді, мідних і титанових сплавів.

8.5.2.1.7. Конструктивні елементи і розміри стандартних швів

У табл. 11.97 наведені позначення зварних швів, їх конструктивні елементи і характерні розміри відповідно до ГОСТ 5264-80.

Сварка стикових з'єднань деталей неоднаковою товщини при різниці, що не перевищує наведених нижче значень, повинна проводитися так само, як деталей однакової товщини (конструктивні елементи підготовлених крайок і розміри зварного шва слід вибирати по більшій товщині), з табл. 8.3.

Таблиця 8.3

При різниці в товщині зварюваних деталей понад цих значень на деталі, що має велику товщину 5 ,, повинен бути зроблений скіс з однієї або двох сторін до товщини тонкої деталі 5, як зазначено на рис. 8.25. При цьому конструктивні елементи підготовлених крайок і розміри зварного шва слід вибирати по меншій товщині.

Катети кутового шва До і АТ, повинні бути встановлені при проектуванні зварного з'єднання, але не більше 3 мм для деталей товщиною до 3 мм включно і 1-2 товщини більш тонкої деталі при зварюванні деталей товщиною понад 3 мм.

Мал. 8.25

8.5.2.1.8. Розрахунок зварних з'єднань на міцність

Міцність зварного з'єднання залежить від якості основного матеріалу, що визначає його здатність до зварювання, від досконалості технологічного процесу зварювання і від характеру діючих навантажень (постійні і змінні).

Всі прийняті в інженерній практиці методи розрахунку зварних з'єднань є наближеними, що дають можливість отримати рішення з меншою витратою часу.

Найбільш важкою і відповідальною частиною розрахунку є правильний вибір допустимих напружень або запасів міцності з урахуванням всіх особливостей розраховується конструкції, технології її виготовлення і умов експлуатації.

Допустимі напруги в зварних швах при статичному навантаженні визначають залежно від допустимих напружень на розтягнення ст _р для основного металу:

• при розтягуванні:

де до - коефіцієнт запасу міцності, який приймається зазвичай рівним 1,4-1,6 до допускаються напруженням на основний метал;

• при стисненні:

• при зрізі:

Залежно від виду зварного з'єднання і зварювання прийняті допустимі напруження для зварних швів знижуються шляхом множення їх на коефіцієнт <р (табл. 8.4).

Таблиця 8.4

Значення коефіцієнта <p в залежності від виду зварного з'єднання і зварювання

Допустимі напруги при періодичному навантаженні:

де у - коефіцієнт зниження допустимих напружень,

де до _п - ефективний коефіцієнт концентрації нормальних напружень (табл. 8.5); до _х - ефективний коефіцієнт концентрації нормальних (дотичних) напружень (табл. 8.5); а, Ь - коефіцієнти:

для вуглецевих сталей а = 0,58, Ь = 0,26;

для низьколегованих сталей а = 0,65, Ь = 0,30.

Таблиця 8.5

Значення ефективних коефіцієнтів концентрації напружень для зварних швів

Коефіцієнт асиметрії циклу До визначають як відношення найменшого і найбільшого за абсолютним значенням напруг або сил, взятих зі своїми знаками:

8.5.2.1.9. Умовні зображення і позначення зварних швів

Умовні зображення і позначення на кресленнях швів зварних з'єднань встановлює ГОСТ 2.312-72.

Зварений шов, незалежно від способу зварювання, зображують на кресленні з'єднання наступним чином:

видимий шов - суцільною основною лінією (рис. 8.26);

невидимий шов - штриховий лінією (рис. 8.27);

при точковому зварюванні видиму одиночну зварену точку - знаком "+", який виконують основними суцільними лініями (рис. 8.28);

при точковому зварюванні невидимі поодинокі зварні точки не зображують.

На зображенні зварного шва розрізняють лицьову і оборотну сторони.

За лицьову сторону одностороннього шва приймають ту сторону, з якої проводиться зварювання. Лицьовою стороною двостороннього шва з несиметричною підготовкою (скосом) кромок буде та сторона, з якої проводять зварювання основного шва (рис. 8.26, б).

Якщо ж підготовка симетрична, то за лицьову сторону приймають будь-яку сторону (рис. 8.26, в).

На зображенні перетину багатопрохідного шва допускається виносити контури окремих проходів; при цьому необхідно позначати проходи великими літерами українського алфавіту (рис. 8.29).

Шов, розміри конструктивних елементів якого стандартами не встановлені (нестандартний шов), зображують із зазначенням розмірів конструктивних елементів, необхідних для виконання шва але цього кресленням (рис. 8.30).

Мал. 8.26

Мал. 8.27

Мал. 8.28

Мал. 8.29

Мал. 8.30

Гістіци шва зображають суцільними основними лініями, а конструктивні елементи кромок в межах шва - суцільними тонкими лініями.

На кресленнях зварного з'єднання кожен шов має умовне позначення, яке наносять:

для шва з лицьового боку - на полиці лінії-виноски, що закінчується односторонньої стрілкою, проведеної від зображення шва;

для шва зі зворотного боку - під полицею лінії-виноски, що закінчується односторонньої стрілкою, проведеної від зображення шва.

Структура умовного позначення стандартного шва або одиночної зварної точки включає:

• 1. Позначення стандарту на типи і конструктивні елементи швів зварних з'єднань (табл. 8.6).
• 2. буквено-цифрове позначення шва по стандарту на типи і конструктивні елементи швів зварних з'єднань.
• 3. Умовне позначення способу зварювання за стандартом на типи і конструктивні елементи швів зварних з'єднань (допускається не вказувати).
• 4. Знак і розмір катета по стандарту на типи і конструктивні елементи швів зварних з'єднань.
• 5. Для переривчастого шва - довжину проварюють ділянки, позначення знака № 4 для ланцюгового шва або № 5 для шахового шва (табл. 8.6) і крок.

Для одиночної зварної точки - розрахунковий діаметр точки.

Для шва контактного точкового зварювання або електрозаклепочного - розрахунковий діаметр точки або електрозаклепкі, позначення знака № 4 або № 5 (табл. 8.6) і крок.

Для шва контактної роликового зварювання - розрахункову ширину шва.

Для переривчастого шва контактної роликового зварювання - розрахункову ширину, знак множення, довжину проварюють ділянки, позначення знака 4 і крок.

• 6. Позначення допоміжних знаків 7, 2 і 1 (табл. 8.6).
• 7. Позначення допоміжних знаків 6 і 3 (табл. 8.6).

Після допоміжних знаків, якщо вказана наступна механічна обробка шва, ставлять позначення шорсткості поверхні обробленого шва (рис. 8.26, а).

Допоміжні знаки (табл. 8.6) виконують тонкими суцільними лініями, вони повинні бути однакової висоти з цифрами, що входять в позначення шва.

Мал. 8.31

Умовне позначення стандартного шва, показане на полиці лінії-виноски (рис. 8.31), розшифровується так:

• • шов нахлесточного з'єднання (буква Н);
• • переривчастий шов по незамкненою лінії (знак 7);
• • катет перетину шва 6 мм;
• • довжина кожного проваренного ділянки 100 мм;
• • крок 200 мм (100/200).

Зварювальні матеріали вказують на кресленні в технічних вимогах або таблиці швів.

Таблиця 8.6

Допоміжні знаки для позначення зварних швів

Закінчення табл. 8.6

Допускається не вказувати зварювальні матеріали.

При наявності на кресленні однакових швів позначення наносять в одного із зображень, а від зображень інших однакових швів проводять лінії-виноски з полками.

Всім однаковим швах надають один порядковий номер, який наносять:

• • на лінії-виносці, що має полку з нанесеним позначенням шва;
• • на полиці лінії-виноски, проведеної від зображення шва, що не має позначення, з лицьового боку.

8.5.2.1.10. Написання технічних вимог на кресленнях зварних конструкцій

У технічних вимогах на кресленнях зварних конструкцій рекомендується приводити такі дані:

1) марку електродів або присадочного дроту.

Замість марки допускається вказувати тип електрода по відповідним державним стандартам. Допускається замість марок і типів електродів і марок присадних дротів вказувати необхідні вимоги до міцності та інших властивостей швів або зварних з'єднань;

• 2) відомості про необхідність термічної обробки зварної конструкції після зварювання;
• 3) відомості про необхідність, обмеження чи заборону правки;
• 4) контрольовані шви або ділянки швів і необхідність їх контролю;
• 5) групу зварних з'єднань;
• 6) конструктивні і технологічні норми підготовки та складання кромок під зварювання і контрольовані розміри швів. Вони повинні відповідати вимогам нормативно-технічних документів.

Для спрощення читання і виконання креслення складного зварного вироби (на декількох аркушах великого формату) доцільно позначення шва вказувати не на зображенні, а в технічних вимогах креслення або в табл, швів (табл. 8.7).

При цьому на зображенні будуть нанесені тільки лінії-виноски з номером, присвоєним групі однакових швів.

Нижче наведені приклади запису технічних вимог на кресленнях зварних конструкцій.

Для вуглецевих сталей звичайної якості (ГОСТ 380-88), сталей вуглецевих якісних конструкційних (ГОСТ 1050-88):

1. Зварювання проводити електродом Е42А (ГОСТ 9467-75).

Зварні шви по ГОСТ 5264-80.

2. Зварні шви групи ... (галузевий стандарт).

Якщо на кресленні є стандартні і нестандартні шви, то в технічних вимогах пишуть:

1. Зварювання проводити електродом Е42А (ГОСТ 9467-75).

Зварні шви № ... по ГОСТ 5264-80.

Зварювання швів № ... - ручна дугова.

2. Зварні шви групи ... (галузевий стандарт).

Допускається на кресленні зварні шви не позначати, особливо для просторових конструкцій з куточків, швелерів і т. Д.

Таблиця 8.7

Приклади табличного оформлення швів

наприклад:

... У місцях стику деталей з швелерів зварювання швами ТЗ катетом не менше 5 мм і С2 по ГОСТ 5264-80 по всій довжині зіткнення деталей.

... У місцях стику деталей з листів зварювання швом С2 довжиною 50 мм і кроком 200 мм, приварка деталей з листів до швелерів і фланців швом Н1 катетом не менше 5 мм довжиною 50 мм з кроком 200 мм по ГОСТ 5264-80.

... У місцях стику деталей з труб зварювання швом У5 катетом не менше 5 мм але ГОСТ 16037-80 по всій довжині зіткнення деталей.

... У місцях стику деталей з труб зі швелерами зварювання швом Т1 катетом не менше 5 мм по ГОСТ 5264-80.

... У місцях стику деталей з труб зі стрічкою зварювання швом Н1 по ГОСТ 5264-80.

Для легованих конструкційних сталей (ГОСТ 4543-71):

• 1. Зварювання проводити електродом Е85А (ГОСТ 9467-75).
• 2. Зварні шви по ГОСТ 5264-80.
• 3. Зварні шви групи ... (галузевий стандарт).

Для корозійно-стійких сталей по ГОСТ 5632-72 (сталь 12Х18Н10Т):

• 1. Зварні шви по ГОСТ 14771-76.
• 2. Зварювання проводити з присадочной дротом Св06Х19Н9Т ГОСТ 2246-70.
• 3. Допускається заміна на дріт Св04Х19Н11МЗ ГОСТ 2246-70.
• 4. Допускається зварювання електродугова. Електрод Е-08Х17Н8М2 ГОСТ 10052-75.
• 5. Зварні шви групи ... (галузевий стандарт).

Якщо в звареної конструкції застосовуються різні способи зварювання, то в технічних вимогах слід робити запис по типу:

• 1. Сварка електродугова електрод Е-08Х20Н9Г2Б (ГОСТ 10052-75). Допускається електрод Е-08Х17Н8М2 (ГОСТ 10052-75).
• 2. Зварні шви групи ... (галузевий стандарт).
• 3. Зварні шви, виконані електродуговим зварюванням, контролювати радіографічним методом по ГОСТ 7512-82.
• 4. Решта зварні шви виконати аргонодугового зварюванням з присадочной дротом Св06Х19Н9Т (ГОСТ 2246-70).
• 5. Зварні шви, виконані точковим зварюванням, групи ... (галузевий стандарт).

Якщо на збірці виконуються зварні шви з алюмінієвих сплавів різних марок, то в технічних вимогах дається наступний запис;

Зварні шви по ГОСТ 14806-80, крім шва № 1.

Зварювання швів № 7 - № 5 проводити з присадочной дротом СвАМц (ГОСТ 7871-75).

Сварка шва № 1 - з присадочной дротом СвАМгб (ГОСТ 7871-75).

Зварні шви групи ... (галузевий стандарт).

Конструювання зварних корпусів

Корпус і кришку редуктора зварюють з елементів, виготовлених з прокату (лист, смуга, пруток круглого перетину і ін.).

Товщину стінок зварного корпусу приймають рівною:

де 5 - товщина стінок литого чавунного корпусу (розд. 8.4.1).

Після зварювання корпус і кришку отжигают і іноді правлять (рихтують). Потім проводять обробку різанням площин і отворів деталі.

Конструкції зварних корпусів редукторів різноманітні. Можливий варіант конструктивного оформлення зварного корпусу конічного одноступінчастого редуктора показаний на рис. 8.32.

Конструювання окремих елементів зварного корпусу (підшипникових гнізд, місць кріплення кришки і корпусу, опорних фланців та ін.) Підпорядковується загальним правилам, викладеним в розд. 8.

Зварні корпуси редукторів інших типів конструюють аналогічно.

Мал. 8.32