Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ № 1-3 по дисциплине «Проектирование технологических процессов сборки». Сай В.А., Кириллов О.Н

Сварка плавлением подразделяется на газовую, дуговую, аргонно - дуговую, плазменно - дуговую и электронно-лучевую.

ГАЗОВАЯ СВАРКА. При газовой сварке (см.рис.2.1) скрепляемые де­тали нагреваются теплом, выделяемым при сгорании газа ацетилена и кислороде. Газ и кислород подаются в горелку по резиновым шлангам из баллонов. В горелке эти газы смешиваются и при горенки образуется пламя до 3573⁰ К. Пламя направляется в место соединения деталей и оно расплавляет металл. В зону плавления подают присадочный материал для заполнения пространства между скрепленными деталями. Присадочный материал, подаваемый в зону плавления, плавится вместе с материалом деталей.

Рис. 2.1

По мере охлаждения образуется сварной шов. Для получения качественного соединения подбирается присадоч­ный материал, мощность горелки и регулируется пламя. Состав присадочного материала зависит от марки свариваемых металлов, а мощность

горелки - от толщины свариваемых деталей и температуры плавления материалов деталей.

ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА. Она основана на использовании тепла, выделяемого от электрической дуги 4 (рис. 2.2) , возникающей между электродом 3 и скрепляемыми деталями 1 и 2. Электрод 3 является одновременно и присадочным материалом. При включении тока и приближении к деталям присадочного материала (электрода) между приса­дочным материалом и скрепля­емыми деталями образуется элек­трическая дуга 4. Температу­ра в зоне дуги достигает 6273 К.. Происходит плавление материа­ла. Расплавленный материал за­полняет пространство между де­талями, образуя сварной шов. Металл плавиться достаточно быстро, поэтому зона разогре­ва деталей незначительна.

Рис. 2.2

Известно, что кислород и азот, содержащиеся в окружавшем воз­духе, отрицательно влияют на качество сварного шва. Поэтому при сварке применяются флюсы иди защитные газы.

АРГОННО-ДУГОВАЯ СВАРКА. Одной из разновидностей электродуговой сварки является аргонно-дуговая сварка. Электрическая дуга 3 (рис. 2.3) образуется между элек­тродом 5 и деталями 1, 2. В зо­ну дуги и плавления металла по­дается через сопло 4 защитный газ аргон 6, который со всех сторон омывает электрод

и защищает расплавленный

металл от с кислородом и Рис. 2.3

азо­том, содержащимися в окружаю­щем воздухе. Сварные соединения, получаемые аргонно-дуговой свар­кой, имеют хорошие качества и чистый шов. Это вид сварки широко применяется для сварки жаропрочных сплавов.

ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ СВАРКА. Плазменно-дуговая сварка отличает­ся от аргонно-дуговой принудительным сжатием электрической дуги. Сжатие дуги (см.рис. 2.3) происходит за счет сужения сопла 4 плазмен­ной горелки. Защитный газ (аргон ), подаваемый внутрь горелки, проходя через сопло 4, сжимает электрическую дугу и защищает от перегрева стенки сопла. Температура в зоне горения дуги может превышать 30274⁰К, что позволяет сваривать детали большой толщины и с большей скоростью.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА. Она осуществляется в глубоком вакууме потоком электронов (электронным лучом). Высокое напряжение подводимое к полюсам от специального источника, сообщает электро­нам, вылетающим из электронной втулки, большую скорость.

Рис. 2.4

На пути прохождения электронов находить­ся фиксирующая система, собира­ющая поток электронов в узкий луч, а также имеется система наводки электронного луча в за­данное место свариваемых дета­лей. Свариваемые детали закреп­ляются в приспособлении. С по­мощью механизмов детали сов­местно с приспособлением могут совершать вращательное и воз­вратно-поступательное движе­ние. Тепловая энергия, возника­ющая в месте фокусировки электронного луча, способна расплавлять любой металл. Скорость сварки достаточно высока.

КОНТАКТНАЯ СВАРКА. При этом виде сварки сварочный ток прохо­дят через детали, которые в процессе сварки прижимается одна к другой с определенным усилием. Ток к деталям подводится через электроды, изготовленные из меди и бронзы, для быстрого охлаждения. Контактная сварка подразделяется на точечную, роликовую и сварку встык с оплавлением.

ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА. При этом виде сварки скрепленные детали со­единяются внахлестку, а сварка производится в отдельных местах (точках), удаленных на некоторое расстояние друг от друга. Скрепляемые детали 1 и 2 (рис.2.5) наложенные друг на друга, сжима­ются с усилием Р между двумя электродами 3 и 5, к которым подво­дится сварочный ток от сварочного

Рис. 2.5

трансформатора 4. При пропускании тока по сварочной цепи больше всего будет нагреваться место наибольшего сопротивления, а именно: место стыка деталей между электродами, где и будет расплавляться металл скрепляемых дета­лей. После прохождения сварочного тока происходит кристаллизация металла и образуется сварочная точка 6. Для получения следующей сварочной точки электроды разжимаются, а детали 1,2 перемещаются в требуемом направлении.

РОЛИКОВАЯ СВАРКА. Она отличается от точечной тем, что электроды выполнены в виде роликов 3 и 7 (рис. 2.6) ,один из которых является ведущим. Сварной шов 6 образуется непрерывный.

Рис. 2.6

СВАРКА ВСТЫК С ОПЛАВЛЕНИЕМ. Сварка встык с оплавлением произ­водятся по всей поверхности стыкуемых деталей (как правило, по торцевым поверхностям ). Для сварки скрепляемые детали 1 и 2 (рис. 2.7) устанавливаются в зажимы 3, к которым подводится напряже­ние от сварочного трансформатора 4. Первичная обмотка этого тран­сформатора включена в сеть переменною тока. После включения уста­новки скрепляемые детали сближаются вплотную, а затем по ним про­пускается сварочной ток. 3 место контакта, где электрическое соп­ротивление наибольшее, детали интенсивно разогревается. После размягчения материала скрепляемых деталей, одна деталь прижимается к другой с заданным усилием. Высокая температура (1273⁰ – 2273⁰ К) и усилие прижатия способствуют сварке деталей. В месте стыка деталей происходит небольшое выпучивание материала, при необходимо­сти снимаемое последующей механической обработкой.

Основными операциями технологического процесса сварки явля­ются:

- подготовка деталей к сварке;

- сборка деталей в приспособлении для сварки;

- сварка деталей;

- термообработка сварного соединения;

- правка сварного соединения;

- контроль сварного соединения.

Рис. 2.7

ПОДГОТОВКА ДЕТАЛЕЙ К СВАРКЕ является одной из наиболее важны операций, от качества выполнения которой во многом зависит качество сварного шва. Детали, подвергающиеся сварке, должны соединять­ся с равномерным зазором и хорошо прилегать друг к другу. При плохом прилегании деталей из тонколистового металла производится их правка или вручную ударами молотка на специальных оправках или на станках. При правке не следует наносить сильные удары стальным мо­лотком, так как это может привести к появлению вмятин на поверх­ности детали. Во время эксплуатации в таких местах может начать разрушаться деталь или сварное соединение. Лучше для нанесения ударов использовать, так называемые, мягкие молотки.

Очистка свариваемых поверхностей производится с целью удале­ния ржавчин, масла, влаги, окалины и др. Если на свариваемых поверхностях оказываются указанные загрязнения, то сварной шов имеет такие дефекты как поры и шлаковые включения, снижающие прочность соединения. Очистка производится механическими способами или травлением в щелочах или кислотах. Для обезжиривания поверхностей применяться бензин, ацетон или спирт.

СБОРКА ДЕТАЛЕЙ В ПРИСПОСОБЛЕНИИ ДЛЯ СВАРКИ. Производится для обеспечения взаимного положения свариваемых деталей согласно чертежу сборочной единицы.

СВАРКА ДЕТАЛЕЙ. Является основной операцией процесса сборки сварных соединений, так как во время этой операции формируется сварной шов, скрепляющий детали.

Для сварки деталей из низколегированных сталей наибольшее применение находит дуговая сварка. Для исключения образования трещин после сварки деталей из среднелегированных сталей непосредственно перед сваркой подогреваться до температуры 573⁰ К. Для повышения прочности сварного шва в присадочный материал вводятся легирующие элементы (марганец, хром, титан и др.). Для сварки деталей из меди и её сплавов применяется газовая и дуговая сварка. Во избежании перегрева и окисления меди сварка производится в нейтральных газах с повышенной скоростью и увеличенным расходом горючего газа при газовой сварке. Для сварки деталей из алюминия и его сплавов применяться газовая, дуговая и агронно-дуговая сварка. При этом используются специальные флюсы. Для сварки деталей из жаропрочных сплавов широко применяется агронно-дуговая и контактная сварка.

ТЕРМООБРАБОТКА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ. Она необходима для снятия внутренних напряжений, возникающих в деталях сварного соединения в результате местного нагрева при сварке. В процессе термообработки производится отжиг сварного соединения. Иногда, например, при сварке жаропрочных сплавов перед сваркой производится отжиг отдельных деталей, а после сварки - старение сварного соединения.

ПРАВКА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ. Предназначена для устранения остаточных деформаций, проявившихся после сварки. Механическая правка производится под действием ударной или статической нагрузки. При этом сварное соединение может быть нагретым до определенной температуры.

КОНТРОЛЬ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ. Данная операция производится для исправления дефектов, появившихся в процессе сварки. К основным дефектам соединений, выполняемых сваркой плавлением, относятся: непровар, трещина, порез, прожог, шлаковое включение, коробление и др. Внешние дефекты обнаруживаться при визуально осмотре, внутренние дефекты - с помощью рентгеновских лучей. На фото­пленке в местах, соответствующих внутренним порам, раковинам или шлаковым включениям наблюдается более темное место.

Герметичность сварных швов проверяется течеискателями, а также пневмо- и гидроиспытаниями сборочных единиц. Прочность свар­ных швов проверяется на образцах, вырезанных из сварного соедине­ния или на образцах - свидетелях, выполненных из тех же материа­лов, что и сварное соединение, и сваренных по той же технологии.

Сборка паяных соединений

Наряду со сваркой в двигателестроении применяется пайка. Основным достоинством пайки является то, что скрепляемые детали не нагреваются до высоких температур, а поэтому не изменяются их свойства. Пайкой называется процесс получения неразъемного соеди­нения двух более деталей с применением присадочного материала (припоя) путем их нагрева в собранном виде до температуры плавле­ния припоя.

Расплавленный припой затекает в специально созданное зазоры между скрепляемыми деталями, которые должны быть не более 0,4 мм. При таком зазоре расплавленный припой хорошо проникает между скре­пляемыми деталями. Припой при сборке располагается строго в опре­деленных местах. Припой 3 в виде проволоки можно располагать во­круг деталей 1 и 2 на кольцевом зазоре (рис. 2.8,а), припой в виде фольги можно закладывать на место спая и закреплять, например, сваркой, а припоем в виде пасты можно обмазывать места стыка дета­лей.

При нагреве места спая до температуры плавления припоя он расплавляется и проникает в зазор между скрепляемыми деталями 1 и2 (рис. 2.8, б). Остатки флюса с поверхности детали удаляются после пайки промывкой в проточной горячей воде.

Рис. 2.8

Сборка деталей для пайки выполняется в специальных приспосо­блениях. При этом выдерживаются зазоры между скрепляемыми деталя­ми в пределах 0,04 - 0,08 мм.

При пайке соединения можно нагревать в электрических печах, соляных ваннах, газовыми горелками или токами высокой частоты. После затвердения припоя образуется паяный шов, который скрепляет детали паяного соединения. Таким образом, основным отличием пайки от сварки является то, что скрепляемые детали нагреваются лишь до температуры плавления припоя.

Различаются пайки мягкими и твердыми припоями. Мягкие припои состоят в основном из олова и свинца, имеют температуру плавления до 773⁰ К и невысокую механическую прочность. Твердые припои имеют температуру плавления выше 773⁰ К и состоят из меди, цинка, сереб­ра, никеля и других металлов. При использовании твердых припоев по­лучаются достаточно прочные соединения.

Основными операциями сборки паяных соединений являются: подготовка деталей к пайке, сборка деталей, пайка, контроль пая­ных соединений. Сборка деталей для пайки производится в специальных приспособлениях. Основным требованием при этом является строгое выдерживание заданного зазора между деталями.

ПАЙКА МЯГКИМИ ПРИПОЯМИ. При подготовке скрепляемых деталей к пайке их поверхности тщательно зачищаются напильником. На очи­щенную поверхность наносится флюс, который предназначен для рас­творения окисных пленок на поверхностях деталей и защиты расплав­ленного припоя. Иногда поверхности скрепляемых деталей предварительно покрывают тонким слоем расплавленного олова или мягкого припоя.

ПАЙКА ТВЕРДЫМИ ПРИПОЯМИ. Подготовка деталей к пайке тверды­ми припоями такая же, как и пайке мягкими припоями. Кроме того, поверхностям деталей в месте их стыка придается некоторая шерохо­ватость для улучшения сцепления припоя с деталями соединения.

Сборка заклепочных соединений

При образовании заклепочного соединения детали соединяются заклепками (рис. 2.9). Заклепка представляет собой металлический стержень 4 с закладной головкой 5 на одном конце, на другом его конце формируется в процессе клепки замыкающая головка 3. Заклан­ная головка может быть полукруглой, потайной или плоской, стер­жень - сплошным, трубчатым или полутрубчатым. Заклепки подразделяются на мелкие (с диаметром стержня до 10 мм) и крупные (свыше 10 мм). Толщина всех скрепляемых деталей не должна превышать четырех диаметров заклепки. Применение более трех рядов заклепок не рекомендуется, так как прочность соединения от этого не увели­чивается. При плотном расположении заклепок прочность соединения может уменьшиться. Клепка применяется для получения герметичного соединения. .

Технология сборки заклепочного соединения состоит из следую­щих операций:

сборка деталей для клепки; выполнение отверстий;

установка заклепок в отверстия;

клепка;

контроль заклепочного соединения.

СБОРКА ДЕТАЛЕЙ ДЕЯ КЛЕПКИ. Эта операция обеспечивает правиль­ное расположение скрепляемых деталей и фиксацию этого положения путем зажатая деталей.

ВЫПОЛНЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ. Отверстия под заклейки выполняются на сверлильных станках или просечкой. Для более точного получения отверстий производятся йх развертывание после сверления. При необходимости в отверстиях изготавливаются фаски для потайной голов­ки, для чего используются конические зенковки.

УСТАНОВКА ЗАКЛЕПОК В ОТВЕРСТИЯ. Производится свободно с не­которым диаметральным зазором. Большой зазор приводит к изгибу заклепки и смешении деталей при эксплуатации, установке заго­товок на заданную высоту (1,3 - 1,6 ее диаметра) , которая необ­ходима для образования замыкающей головки.

КЛЕПКА. Во время этой операции формируется замыкающая голов­ка за счет деформация свободного конца заклепки. Деформация зак­лепки производится ударом при поддержке ее со стороны закладной головки. При этом используются обжимки, позволяющие получить тре­буемую форму замыкающей головки. Клепка может быть холодной или горячей с нагревом стальных заклепок.

Рис. 2.9

КОНТРОЛЬ ЗАКЛЁПОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ. Он выполняется визуально с применением средств дефектоскопии (например, рентген) и выборочно­го механического испытания. При необходимости проверки параметров замыкающих головок применяются шаблоны 6 (см.рис. 2.9) .

Сборка клеевых соединении

Необходимость клеевых соединений обусловлена применением деталей из пластмасс и синтетических материалов. Кроме того, они по­зволяют скреплять детали, изготовленные из разнородных материалов. Из-за отсутствия дополнительных крепежных деталей, клеевые соединения имеют минимальную массу. К недостаткам клеевых соединений можно отнеси невысокую прочность, нагрев склеиваемых деталей, трудность контроля качества склеивания. На прочность соединения влияют следующие факторы:

свойства, называете адгезией, под которыми понимают способ­ность клея сцепляться с поверхностями склеиваемых деталей. Адгезия зависит от клея и материала деталей;

качества подготовки склеиваемых поверхностей; толщины слоя клея и равномерность его распределения по повер­хности деталей;

соблюдения режима склеивания.

Сборка клеевого соединения состоит из следующих операций:

подготовки поверхностей для склеивания;

нанесения клея на поверхности;

соединения деталей; отверждения клея;

зачистки клеевого соединения;

контроля качества.

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТЕЙ. Подготовка поверхностей для склеивания предусматривает их пригонку, создание определенной шероховатости, промывку и обезжиривание.

НАНЕСЕНИЕ КЛЕЯ НА ПОВЕРХНОСТИ. Наносить клей можно кистью и другим инструментом. Толщина слоя должна быть одинаковой по поверх­ности. После нанесения клея производится открытая выдержка в те­чение часа для полного удаления растворителя из нанесенного клея. При уменьшении времени выдержки растворитель продолжает испарять­ся, что значительно снижает прочность клеевого соединения. На стык обычно наносят два тонких равномерных слоя.