А. Н. Блазнов Расчет заготовок и режимов обработки при изготовлении изделий литьем, обработкой давлением, сваркой и резанием (стр. 8 из 15)

После окончания непосредственного действия источника энергии (максимум на термическом цикле) начинается затвердевание сварного шва и затем его остывание. Характер структуры, образующейся в шве и зоне термического влияния, зависит от скорости изменения температуры. Скорость остывания определяет время нахождения металла при тех или иных температурах, а значит и законченность высокотемпературных процессов, оказывающих определяющее влияние на возможность получения бездефектного соединения и его эксплуатационные свойства.

Свариваемость – это сложная характеристика, зависящая не только от свойств свариваемого металла, но и от технологического процесса, режима сварки, свойств применяемых сварочных материалов. Чаще всего признак плохой свариваемости – наличие в сварном соединении отдельных дефектов. Дефектом является существенная разница свойств основного металла, сварного шва и зоны термического влияния. При сварке заготовок из углеродистых и легированных сталей твердость зоны термического влияния возрастает, в то время как пластические свойства значительно снижаются, что повышает хрупкость.

Поскольку в результате сварки плавлением образуется сварной шов, имеющий литую структуру, он обладает дефектами, присущими отливке. К основным дефектам сварного шва относятся неоднородность твердости, горячие и холодные трещины, ликвация, пористость, усадочные раковины, шлаковые включения, непровар, коробление, перекос.

Горячие и холодные трещины в сварных соединениях, как и в отливках, образуются в результате усадочных явлений.

Горячие трещины могут образовываться в том случае, если усадка шва не соответствует его пластичности, т.е. наступает разрушение. Горячие трещины, как правило, имеют межкристаллитный характер и располагаются по границам зерен в шве. Чаще всего горячие трещины образуются при сварке заготовок из высоколегированных сталей, алюминиевых и медных сплавов.

Холодные трещины чаще всего возникают после полного затвердевания сварного шва в период завершения охлаждения или появляются в металле, уже охлажденном до окружающей температуры. Холодные трещины появляются как следствие возникновения собственных напряжений в результате усадки, а также структурных превращений в зоне термического влияния. Существенное влияние на вероятность возникновения холодных трещин оказывают газы, растворившиеся в нагретом металле, в частности, водород; скапливаясь во время остывания в дефектах кристаллической структуры, они способствуют усилению напряженного состояния. Наиболее часто холодные трещины располагаются в основном металле в непосредственной близости к сварному шву. Этот дефект характерен для заготовок из высокоуглеродистых и легированных сталей, образующих закалочные структуры в околошовной зоне.

3.4 Технологичность сварных соединений

Сварная конструкция считается технологичной, если для ее изготовления могут быть применены относительно простые и дешевые способы, которые в совокупности с правильным выбором конструкции соединяемых заготовок позволяют механизировать и автоматизировать изготовление и вспомогательные сварочные операции, обеспечивая низкую себестоимость.

Комплексная технология изготовления предусматривает применение для конструкции составных, относительно простых частей, полученных различными, наиболее рациональными для данных условий методами формообразования. В качестве составных частей свариваемой конструкции могут быть применены заготовки, полученные литьем, прокаткой, штамповкой. Примером такой конструкции является корпус заднего моста автомобиля (рисунок 3.1), где корпус 6 и крышка корпуса 5 дифференциала выполняют литьем, кожух 3 – прокаткой, корпус подшипника полуосей 1 – штамповкой и воедино все собирают контактной стыковой (шов 2) и электродуговой (шов 4) сваркой.

Рисунок 3.1 – Корпус заднего моста автомобиля

Применение комплексной технологии требует достаточно высокого уровня развития каждого из способов формообразования, позволяющих получать отдельные заготовки высокого качества из нужных материалов. Комплексная технология предусматривает необходимость увязки стыковочных сопряжений по размерам и толщине. Основными типами сварных соединений являются стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые (рисунок 3.2). При сварке заготовок больших толщин необходимо обрабатывать соединяемые кромки для получения провара по всему сечению (рисунок 3.3).

Следует предусматривать возможность свободного доступа ко всем швам в процессе не только сварки, но и последующего осмотра и контроля. Выбранный метод должен обеспечивать помимо необходимых прочностных и эксплуатационных свойств конструкции минимальную ее деформацию в процессе сварки, что зависит от жесткости конструкции, режима сварки и толщины соединяемых элементов. При увеличении деформации необходимо назначать большие припуски на обработку резанием. Уменьшить сварочные деформации можно, установив определенную последовательность наложения швов, дополнительные ребра жесткости, прочно закрепив свариваемые заготовки, выполнив предварительное деформирование обратного знака, и другими приемами, усложняющими и удорожающими сварку.

а – стыковое; б – нахлесточное;

в – тавровое; г – угловое

Рисунок 3.2 – Основные типы

сварных соединений

а – V-образная; б – U-образная;

в – Х-образная; г – двусторонняя Х-образная

Рисунок 3.3 – Формы подготовки кромок под сварку

Рекомендуется в качестве заготовок для получения сварных изделий использовать различные профили проката.

Наиболее часто изделие может быть разбито на два или более геометрических тела простой формы, такие как трубы, цилиндры, листы, уголки, швеллеры и т.д. Для изготовления деталей типа штуцера, например, обычно применяют холодно- или горячедеформированные трубы, которые приваривают к фланцу, изготовленному из листа соответствующей толщины. Сортамент и толщина стальных листов и труб, используемых в качестве заготовок, приведены в таблицах 3.1 и 3.2 соответственно.

При выборе заготовок для сварки необходимо стремиться к тому, чтобы размеры заготовок максимально приближались к размерам деталей, указанных на чертеже (с учетом минимального припуска на обработку резанием). В том случае, если трубы с требуемым диаметром и толщиной стенки нет в сортаменте, допускается принять для учебных целей другие близкие нестандартизованные размеры труб. На практике нестандартные трубы могут быть изготовлены по спецзаказу с применением специального инструмента.

Таблица 3.1 – Размеры стальных горячекатаных листов по

ГОСТ 19903-74, мм

Толщина листов*	Минимальная и максимальная длина листов при ширине
	700	1000	1500	1800	2000	2500	3000
от 0,5 до 0,9	1420	–	–	–	–	–	–
1,0	1420	2000	–	–	–	–	–
от 1,2 до 1,4	2000		–	–	–	–	–
от 1,5 до 1,8	2000	2000-6000		–	–	–	–
от 2,0 до 2,8	2000-6000			–	–	–	–
от 3 до 5	2000-6000				–	–	–
от 6 до 7	–	2000-6000				–	–
от 8 до 10	2000-6000			3000-12000		–	–
от 11 до 12	–	2000-6000		4000-9000			–
от 13 до 25	–	3000-6500		4000-9000			–
от 26 до 40	–	3500-12000			4000-11000		3500-9000
от 42 до 100	–	–	3500-9000			–
* Толщина листов в указанных пределах брать из ряда: 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 3,8; 3,9; 4,0; 4,5; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 48; 50; 52; 55; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100.

Таблица 3.2 – Рекомендуемый сортамент труб из углеродистой стали