Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности соединения деталей с большой разницей толщин 10
1.1. Контактная шовная сварка 10
1.2. Пайка деталей с большой разницей толщин 12
1.3. Сварка плавлением 12
1.3.1 .Влияние конструкции соединения на формирование шва 14
1.3.2. Технологические приемы, применяемые при сварке тонкостенных оболочек с массивными деталями 21
1.3.3. Источники тепла, применяемые при сварке плавлением деталей с большой разницей толщин 27
1.3.4. Особенности сварки тонкостенных конструкций 34
1.3.5. Задачи работы 37
Глава 2. Термодеформационные процессы при сварке тонко стенных оболочек с массивными деталями 38
2.1. Выбор схемы взаимного расположения свариваемых деталей и источника тепла 38
2.2. Условия устойчивости кромки тонкостенной детали в процессе сварки 42
2.3. Временные перемещения тонкой кромки при сварке 56
2.4. Особенности формирования сварного шва 70
Выводы 78
Глава 3. Особенности сборки и сварки тонкостенных оболочек с массивными деталями 80
3.1. Сборка деталей под сварку 80
3.2. Условия сборки деталей при наружном расположении тонкой кромки 80
3.3. Условия сборки деталей при расположении тонкой кромки внутри массивной детали. 83
3.3.1. Сборка с натягом при цилиндрических формах сопрягаемых поверхностей 83
3.3.2. Соединение тонкой цилиндрической кромки с внутренней конической поверхностью массивной детали 86
3.3.3. Соединение деталей с использованием совместной деформации 87
3.4. Особенности процесса сварки 90
3.4.1. Влияние сборочного натяга на формирование сварного шва 92
3.4.2. Влияние основных параметров режима на формирование сварного соединения 98
Выводы 103
Глава 4. Технология сварки многослойных тонкостенных оболочек с массивными деталями 105
4.1. Методика проведения экспериментов 105
4.2. Исследование формирования сварных соединений 108
4.2.2. Наружное расположение тонкостенной оболочки 108
4.2.3. Внутреннее расположение многослойной оболочки 115
4.3. Исследование структуры сварных соединений 116
4.4. Исследование влияния параметров режима сварки на формирование шва и качество сварного соединения 120
Выводы 129
Заключение 131
Общие выводы 131
Предложения 133
Использованная литература 134
Приложение 145
- Контактная шовная сварка
- Выбор схемы взаимного расположения свариваемых деталей и источника тепла
- Условия сборки деталей при наружном расположении тонкой кромки
Введение к работе
Повышение надежности машин и аппаратов, улучшение их эксплуатационных свойств - главные направления совершенствования техники.
Значительная часть современных машин снабжены гидравлическими или пневматическими системами различного назначения. В этих системах широко используются сильфонные узлы, которые служат датчиками давления и перемещения, либо элементами исполнительных механизмов в контрольных и управляющих устройствах, или компенсаторами в трубопроводах.
Сильфонные узлы [13] содержат гофрированную тонкостенную (чаще всего стальную) оболочку, которая соединяется с массивной арматурой. Массивная арматура стыкуется с трубопроводами или другими агрегатами машины. Появление новых конструкций машин и аппаратов повышает требования к их узлам и агрегатам. С одной стороны ужесточение силовых параметров работы сильфонных узлов привело к появлению конструкций с многослойными оболочками, которые позволили резко повысить прочность и нагрузочную способность сильфонов, сохранив их упругие свойства. С другой стороны, освоение металлорукавов и сильфонных компенсаторов в крупносерийном и массовом производстве (например, в автомобилестроении) потребовало создания высокопроизводительных технологий их изготовления.
Соединение тонкостенной гофрированной оболочки с массивной арматурой определяет эксплуатационные характеристики всей пневматической или гидравлической системы, а часто и изделия в целом. В настоящее время основным способом соединения тонкостенной оболочки с массивной арматурой является сварка. Дуговая сварка нахлесточных соединений при толщине тонкой кромки более 1,0 мм не представляет особых трудностей [25; 113].
Особенно трудно получить качественное сварное соединение при соотношении толщин массивной и тонкой деталей 5 : 1 и более, если толщина тонкой детали менее 0,5 мм. [26].
Наиболее стабильные показатели качества сварных соединений таких деталей позволяет получать аргонодуговая сварка неплавящимся электродом в среде защитных газов. Освоение в 60...70х годах прошлого столетия дуговой сварки разнотолщинных деталей показало, что большая разница в толщине кромок свариваемых деталей в процессе сварки приводит к неравномерности их нагрева, тонкая кромка перегревается, происходит ее прожог [26; 17; 75; 86; 27; 5; 91; 18; ПО]. Применение дуговой сварки для соединения деталей с большой разницей толщин полностью не решило проблему повышения качества сварных узлов таких деталей. Эта проблема может быть решена при помощи разработки новых технологий сварки, для чего необходимо исследовать особенности процессов, происходящих при формировании сварного соединения деталей с большой разницей толщин.
Все это подтверждает актуальность темы настоящей работы. Цель работы: Повысить производительность процесса и качество соединений разнотолщинных деталей путем разработки способов сборки и дуговой сварки.
Контактная шовная сварка
Контактную шовную сварку начали применять для соединения стальных деталей с большой разницей толщин с 1948 года [112]. Уже первые исследования в этой области [57; 19; 71] показали, что при обычных, относительно мягких режимах сварки контактное сопротивление между соединяемыми деталями практически не влияет на выделение тепла. В результате сварное ядро образуется в толще массивной детали. Сформировать ядро в плоскости сопряжения деталей можно, лишь применяя жесткие режимы сварки с длительностью импульса 0,01с и менее [6; 7; 73; 74; 96; 107; 111]. Но в этом случае основной фактор, определяющий форму сварного ядра, -это распределение тока в контактах деталь - деталь и электрод - тонкая деталь. На периферии этих контактов плотность тока имеет наибольшее значение, что обуславливает формирование зон максимальных температур от периферии к центру контактов. Из — за кратковременности процесса температура не успевает выравниваться по всей площади контакта, сварное ядро формируется в виде тороида неправильной формы, наклоненного относительно плоскости сопряжения деталей, поверхность тонкой детали
подплавляется, образуется глубокая вмятина от электрода и грубая чешуй-чатость поверхности сварного шва, возрастает вероятность местных прожогов [26]. Сплошное ядро можно получить лишь при ширине контактной части электрода меньшей или равной четырем толщинам тонкой кромки. Это условие выполнить в большинстве случаев невозможно.
Анализ работ в области контактной сварки деталей с большой разницей толщин [107; 12; 20; 105; 109] показал, что этот процесс обладает следующими типовыми недостатками:
1. Значительные внутренние и наружные выплески.
2. Выходы сварного ядра на поверхность тонкой детали вследствие перегрева периферийных участков контакта электрод - деталь, подплавление этих участков, образование в них прожогов и раковин.
3. Резкое смещение ядра в тонкую или массивную детали вследствие даже небольших колебаний параметров режима или условий сварки, что приводит к непроварам или прожогам тонкой детали.
4. Трудность неразрушающего контроля сварных соединений из-за грубой неравномерной чешуйчатости поверхности сварного шва.
Специализированные сварочные машины [111; 2; 24; 69], специальная оснастка [111; 28; 68; 97] позволяют стабилизировать режимы и условия сварки. Способы сварки с остановкой вращения свариваемых деталей во время паузы [29; 30; 31] и во время импульса [74; 8], электродами с концентрирующими выточками [32; 33], с дополнительным обжатием вокруг зоны сварки [19], рельефной шовной сваркой [3], применение конденсаторной сварки [24], применение тепловых экранов и электродов из материалов с низкой тепло и электропроводностью [107; 84; 85], сварка «жестким» импульсом тока [114], позволили создать технологию контактной сварки, которая в некоторых случаях обеспечивает выполнение технологи ческих требований к сварным узлам из разнотолщинных деталей. Однако, показанные выше недостатки контактной сварки полностью этими технологическими приемами не устраняются, что не обеспечивает надежности сварных соединений.
Выбор схемы взаимного расположения свариваемых деталей и источника тепла
Из известных схем взаимного расположения свариваемых деталей выбрали нахлесточное соединение. Это обусловлено тем, что при нахлесточном соединении можно уйти от применения остающихся технологических колец усложняющих узел в целом и снижающих его экономические характеристики. Все известные схемы взаимного расположения свариваемых деталей и сварочного источника тепла, при сварке деталей с большой разницей толщин, рассмотренные в предыдущей главе, предусматривают воздействие сварочной дуги на кромку тонкостенной детали с полным расплавлением кромки. Однако результаты, полученные в работе [89] при исследовании временных и остаточных перемещений кромок свариваемых тонкостенных оболочек, показывают, что минимальные временные и нулевые остаточные деформации свариваемых : кромок тонкостенных оболочек получаются при переплаве целой оболочки. Поэтому нами было сделано предположение, что если сместить сварочную дугу в сторону тонкостенной детали таким образом, чтобы в процессе сварки кромка тонкостенной детали оставалась нерасплавленной (Рис.2.1), то удастся уменьшить временные перемещения кромки тонкостенной детали в процессе сварки и получить стабильное формирование сварного соединения.
Рассматривая механизм образования прожога тонкой кромки, при движении сварочной дуги по краю тонкостенной детали, можно отметить, что при образовании прожога силы поверхностного натяжения способствуют отрыву жидкого металла сварочной ванны от тонкой кромки. При этом на массивной детали образуется валик..
Условия сборки деталей при наружном расположении тонкой кромки
Сопрягаемая часть тонкостенной оболочки может вставляться внутрь массивной детали (рис. 3.1 б). При таком варианте взаимного расположения свариваемых деталей в процессе сборки необходимо обеспечить отсутствие зазора по всей площади сопряжения деталей. При этом величина сборочного натяга должна быть минимальной, так как в этом случае сборочные напряжения совпадают по знаку с напряжениями, возникающими в результате действия сварочного источника тепла.
В рассматриваемом случае обеспечить необходимые параметры сборки можно тремя способами:
По первому из них детали можно собирать с натягом, когда их посадочные части имеют цилиндрическую форму.
Можно также производить сборку соединения с натягом, когда посадочная часть тонкостенной оболочки имеет цилиндрическую форму, а посадочная часть массивной детали выполнена в форме конуса.
Третий вариант - сборка соединения с использованием упруго-пластической деформации сопрягаемых частей деталей.
Рассмотрим особенности этих способов сборки при расположении сопрягаемой части тонкостенной оболочки внутри массивной детали.
