Сварные корпуса редукторов

При единичном производстве экономически выгоднее корпусные детали выполнять сварными.

Сварные соединения

8.5.2.1.1. Общие сведения

Сварка является основным способом получения неразъемных соединений в машиностроении.

Существует несколько видов сварки.

По образованию металлической связи сварку делят на две группы способов:

• 1. Способы сварки плавлением:
  • • дуговая (ручная, механизированная и автоматическая под флюсом, аргонодуговая, в углекислом газе, атомно-водородная);
  • • электрошлаковая;
  • • плазменная;
  • • электронно-лучевая;
  • • газовая;
  • • лазерная;
  • • печная;
  • • термитная.
• 2. Способы сварки давлением:
  • • с применением нагрева:
    • — контактная (точечная, шовная и стыковая);
    • — диффузионная;
    • — трением;
    • — индукционная;
    • — газопрессовая;
  • • без применения нагрева:
  • — ультразвуковая;
  • — холодная сварка;
  • — взрывом.

Наибольшее распространение получила дуговая электросварка.

Стандарты, регламентирующие основные типы, конструктивные элементы, размеры и условные обозначения сварных соединений, даны в табл. 8.2.

Выбор способа сварки определяется следующими факторами:

• • маркой свариваемого материала;
• • требуемыми свойствами сварного соединения;
• • конструкцией сборочной единицы.

Необходимо принимать во внимание и дополнительные факторы, влияющие на выбор способа сварки (например, общий объем сварки в изделии, серийность и стоимость процесса сварки), и рассматривать их с учетом конкретных условий производства сварной конструкции.

Таблица 8.2.

Стандарты, регламентирующие основные типы, конструкционные элементы, размеры и условные обозначения сварных соединений.

Для правильного выбора способа сварки ниже приводится краткое описание возможностей и особенностей некоторых из них.

8.5.2.1.2. Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка осуществляется дугой, горящей между металлическим электродом и основным металлом.

Применяются как неплавящиеся, так и плавящиеся электроды, вспомогательные материалы (активные и неактивные флюсы, защитные газы и газовые смеси).

Неплавящиеся электроды изготавливают из электротехнического угля, синтетического графита или из вольфрама.

Плавящиеся электроды изготавливают из холоднотянутой калиброванной проволоки диаметром (0,3−12) мм, а также горячекатаной или порошковой проволоки.

Ручная дуговая сварка металлическими электродами является универсальным способом сварки плавлением, позволяющим выполнять вес виды соединений из всех марок конструкционных, углеродистых, легированных и высоколегированных сталей и сплавов при различном сочетании свариваемых материалов толщиной до 100 мм.

Ручной дуговой сваркой допускается сваривать детали из чугуна, титана, медных и алюминиевых сплавов.

Преимущества: легкая регулировка процесса, возможность получения весьма высоких температур, сохранение химического состава материалов свариваемых деталей. Это один из наиболее дешевых способов сварки.

8.5.2.1.3. Дуговая сварка в защитном газе

При сварке в среде защитных газов электрическая дуга и расплавленный металл сварочной ванны защищены от атмосферного воздуха оболочкой, состоящей из защитного газа.

По характеру воздействия защитной среды на расплавленный металл сварка делится на две группы:

• • сварка в среде инертных газов;
• • сварка в среде углекислого газа.

Сварка в среде инертных газов выполняется двумя способами:

• • неплавящимся (вольфрамовым) электродом с применением или без применения присадочной проволоки;
• • плавящимся электродом.

В среде инертных газов рекомендуется сваривать детали из алюминиевых, медных и титановых сплавов, высоколегированных сталей и сплавов, а также детали из разнородных сталей и сплавов.

В среде углекислого газа рекомендуется сваривать детали из углеродистой и легированной сталей толщиной до 20 мм. Сварку в среде углекислого газа не допускается применять при изготовлении конструкций из алюминиевых, титановых и медных сплавов.

8.5.2.1.4. Газовая сварка

При газовой сварке свариваемый и присадочный металлы расплавляют в пламени, получающемся при сгорании какого-либо горючего газа (чаще всего — ацетилена) в кислороде.

Газовую сварку осуществляют и без применения присадочного материала — формирование шва проводят за счет расплавления кромок основного металла (соединения — стыковое с отбортовкой и угловое).

Эту сварку применяют в основном при ремонтных работах, при заварке дефектов чугунного литья, при сварке тонколистовых конструкций из малоуглеродистых сталей (толщиной до 5 мм) и некоторых цветных металлов.

По сравнению с электродуговой сваркой, газовая сварка — процесс малопроизводительный.

Недостатки: прочностные качества сварных соединений на сталях и алюминии невысоки, возникают значительные деформации свариваемых деталей.

8.5.2.1.5. Виды сварных соединений

Основными видами сварных соединений дуговой и газовой сваркой являются:

• • стыковые (С);
• • угловые, которые, в свою очередь, подразделяются на:
• — нахлесточные (Н);
• — тавровые (Т);
• — угловые (У).

Наиболее просты и прочны стыковые швы.

Угловые швы могут выполняться за один или несколько проходов автоматической, механизированной и ручной сваркой, что приводит к различной глубине провара основного металла (рис. 8.23, а; 8.23, «).

Угловые швы треугольного профиля делают прямыми (нормальными) (рис. 8.23, а), выпуклыми (рис. 8.23, г) и вогнутыми (рис. 8.23, д) и иногда с неровными катетами (рис. 8.23, е).

Чаше всего применяют нормальный шов.

Выпуклые швы (условно называемые швами с усилением) склонны к образованию подрезов (не провалы на участках соединения шва со стенками деталей) и обладают пониженным сопротивлением усталости.

Наиболее прочны вогнутые швы, но выполнение их труднее и менее производительно.

Швы с неравными катетами целесообразно применять в конструкциях, работающих на усталостные нагрузки.

Площадь среза углового шва зависит от расчетной толщины шва и его длины (рис. 8.23).

Расчетная толщина шва зависит от способа выполнения шва, его вида и связана с катетом шва К зависимостью:

где Р коэффициент для определения расчетной толщины углового шва, принимаемый равным: 1 — для однопроходной автоматической сварки (рис. 8.24, б)'_у 0,8 — для однопроходной механизированной сварки; 0,7 — для ручной сварки (рис. 8.23, г), а также для многопроходной автоматической и механизированной сварки (рис. 8.24, а); К — расчетный катет углового шва, равный катету вписанного равнобедренного прямоугольного треугольника.

Часто при расчетах прочности соединений с угловыми швами коэффициент Р принимают равным 0,7 независимо от способа сварки.

Катет шва выбирают из условия К 3 мм. Верхний предел толщины швов не ограничен, но швы, у которых К > 20 мм, встречаются редко.

Из-за дефектов сварки на концах шва (не провар в начале и кратер в конце шва) принимают минимальную длину шва не менее 30 мм.

В нахлесточных соединениях принимают 1. > 4. у, где .у, — минимальная гол;

шина свариваемых деталей.

Длина 1ф лобовых швов не ограничена. Длина ?_л фланговых швов не должна превышать 60К для ограничения неравномерности распределения напряжений по длине флангового шва.

При точечной и роликовой сварке тонких изделий (толщиной менее 2 мм) диаметр точки д и ширина шва должны быть в 2−3 раза больше толщины 5 наиболее тонкого свариваемого элемента. При сварке более толстых материалов диаметр точки и ширину шва выбирают из соотношения с1 = .у + 3 мм.

Рис. 8.23.

Рис. 8.24.

8.5.2.1.6. Выбор сварочных материалов

Свариваемость конструкционных углеродистых, легированных и низколегированных сталей определяется приближенно по эквиваленту углерода по формуле:

где С — содержание углерода, %;

Мп — содержание марганца, %;

Ni — содержание никеля, %;

Сг — содержание хрома, %;

Мо — содержание молибдена, %;

V — содержание ванадия.

В зависимости от величины С сталь по свариваемости подразделяется на четыре группы:

I — хорошая свариваемость, С_э < 0,25%;

II — удовлетворительная свариваемость, С_э = (0,25−0,39) %;

III — ограниченная свариваемость, С_э = (0,39−0,5) %;

IV — плохая свариваемость, С_э > 0,5%.

При выборе марок сталей для сварных конструкций следует применять марки сталей, отнесенных к группам свариваемости I, II, III. Применение марок сталей группы IV следует ограничивать (табл. П. 88, П.89).

К сварочным материалам относятся сварочная проволока, флюсы, электроды для ручной электродуговой сварки, защитные и горючие газы.

При назначении сварочных материалов необходимо учитывать их техникоэкономические характеристики: марку свариваемого материала, обеспечение требуемой формы и размеров швов, обеспечение необходимых механических свойств сварных соединений и коррозионной стойкости, возможность сварки в различных пространственных положениях, предупреждение появления трещин в металле шва и зоне термического влияния, способ сварки, стоимость, коэффициент полезного действия.

Для обеспечения эксплуатационной надежности сварных соединений необходимо обеспечивать не только равнопрочность шва с основным металлом, но и высокую пластичность металла шва. Практически это сравнительно легко достигается при сварке малоуглеродистых сталей. При сварке высокопрочных и легированных сталей, когда не представляется возможным подобрать электроды, обеспечивающие сочетание этих условий, следует предпочитать электроды с несколько меньшей прочностью наплавленного металла, но с более высокой пластичностью.

Механические характеристики сварочных материалов приведены в табл. П. 92, рекомендации по их применению — в табл. П.90), технологические особенности при сварке сталей — в табл. П. 91 и марки сварочной проволоки алюминиевых сплавов — в табл. П. 93, П. 94.

При сварке алюминия и его сплавов допускается применение сварки в среде инертных газов, контактной, газовой, ручной электродуговой, под флюсом.

Выбор состава проволоки для сварки обусловливается требованиями, предъявляемыми к металлу шва и соединениям. Обычно требования предусматривают стойкость против образования трещин, прочность, пластичность, коррозионную стойкость.

В табл. П. 95 приведены области применения алюминиевых сплавов, их свойства и характеристики свариваемости.

В табл. П. 96 приведены рекомендуемые марки сварной и присадочной проволоки для сварки меди, медных и титановых сплавов.

8.5.2.1.7. Конструктивные элементы и размеры стандартных швов

В табл. 11.97 приведены обозначения сварных швов, их конструктивные элементы и характерные размеры в соответствии с ГОСТ 5264–80.

Сварка стыковых соединений деталей неодинаковой толщины при разнице, не превышающей приведенных ниже значений, должна проводиться так же, как деталей одинаковой толщины (конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва следует выбирать по большей толщине), из табл. 8.3.

Таблица 8.3.

При разности в толщине свариваемых деталей свыше этих значений на детали, имеющей большую толщину 5, должен быть сделан скос с одной или двух сторон до толщины тонкой детали 5, как указано на рис. 8.25. При этом конструктивные элементы подготовленных кромок и размеры сварного шва следует выбирать по меньшей толщине.

Катеты углового шва К и АТ, должны быть установлены при проектировании сварного соединения, но не более 3 мм для деталей толщиной до 3 мм включительно и 1−2 толщины более тонкой детали при сварке деталей толщиной свыше 3 мм.

Рис. 8.25.

8.5.2.1.8. Расчет сварных соединений на прочность

Прочность сварного соединения зависит от качества основного материала, определяющего его способность к свариванию, от совершенства технологического процесса сварки и от характера действующих нагрузок (постоянные и переменные).

Все принятые в инженерной практике методы расчета сварных соединений являются приближенными, дающими возможность получить решение с меньшей затратой времени.

Наиболее трудной и ответственной частью расчета является правильный выбор допускаемых напряжений или запасов прочности с учетом всех особенностей рассчитываемой конструкции, технологии ее изготовления и условий эксплуатации.

Допускаемые напряжения в сварных швах при статической нагрузке определяют в зависимости от допускаемых напряжений на растяжение ст_р для основного металла:

• при растяжении:

где к — коэффициент запаса прочности, принимаемый обычно равным 1,4−1,6 к допускаемым напряжениям на основной металл;

• при сжатии:

• при срезе:

В зависимости от вида сварного соединения и сварки принятые допускаемые напряжения для сварных швов понижаются путем умножения их на коэффициент <�р (табл. 8.4).

Таблица 8.4.

Значения коэффициента <�р в зависимости от вида сварного соединения и сварки.

Допускаемые напряжения при периодическом нагружении:

где у — коэффициент понижения допускаемых напряжений,.

где к_п — эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений (табл. 8.5); к_х — эффективный коэффициент концентрации нормальных (касательных) напряжений (табл. 8.5); а, Ь — коэффициенты:

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

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

Таблица 8.5.

Значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений для сварных швов.

Коэффициент асимметрии цикла К определяют как отношение наименьшего и наибольшего по абсолютному значению напряжений или сил, взятых со своими знаками:

8.5.2.1.9. Условные изображения и обозначения сварных швов

Условные изображения и обозначения на чертежах швов сварных соединений устанавливает ГОСТ 2.312−72.

Сварной шов, независимо от способа сварки, изображают на чертеже соединения следующим образом:

видимый шов — сплошной основной линией (рис. 8.26);

невидимый шов — штриховой линией (рис. 8.27);

при точечной сварке видимую одиночную сварную точку — знаком «+», который выполняют основными сплошными линиями (рис. 8.28);

при точечной сварке невидимые одиночные сварные точки не изображают.

На изображении сварного шва различают лицевую и оборотную стороны.

За лицевую сторону одностороннего шва принимают ту сторону, с которой проводится сварка. Лицевой стороной двустороннего шва с несимметричной подготовкой (скосом) кромок будет та сторона, с которой проводят сварку основного шва (рис. 8.26, б).

Если же подготовка симметрична, то за лицевую сторону принимают любую сторону (рис. 8.26, в).

На изображении сечения многопроходного шва допускается выносить контуры отдельных проходов; при этом необходимо обозначать проходы прописными буквами русского алфавита (рис. 8.29).

Шов, размеры конструктивных элементов которого стандартами не установлены (нестандартный шов), изображают с указанием размеров конструктивных элементов, необходимых для выполнения шва, но данному чертежу (рис. 8.30).

Рис. 8.26.

Рис. 8.27.

Рис. 8.28.

Рис. 8.29.

Рис. 8.30.

Гистицы шва изображают сплошными основными линиями, а конструктивные элементы кромок в границах шва — сплошными тонкими линиями.

На чертежах сварного соединения каждый шов имеет условное обозначение, которое наносят:

для шва с лицевой стороны — на полке линии-выноски, заканчивающейся односторонней стрелкой, проведенной от изображения шва;

для шва с оборотной стороны — под полкой линии-выноски, заканчивающейся односторонней стрелкой, проведенной от изображения шва.

Структура условного обозначения стандартного шва или одиночной сварной точки включает:

• 1. Обозначение стандарта на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (табл. 8.6).
• 2. Буквенно-цифровое обозначение шва по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений.
• 3. Условное обозначение способа сварки по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений (допускается не указывать).
• 4. Знак и размер катета по стандарту на типы и конструктивные элементы швов сварных соединений.
• 5. Для прерывистого шва — длину провариваемого участка, обозначение знака № 4 для цепного шва или № 5 для шахматного шва (табл. 8.6) и шаг.

Для одиночной сварной точки — расчетный диаметр точки.

Для шва контактной точечной сварки или электрозаклепочного — расчетный диаметр точки или электрозаклепки, обозначение знака № 4 или № 5 (табл. 8.6) и шаг.

Для шва контактной роликовой сварки — расчетную ширину шва.

Для прерывистого шва контактной роликовой сварки — расчетную ширину, знак умножения, длину провариваемого участка, обозначение знака 4 и шаг.

• 6. Обозначение вспомогательных знаков 7, 2 и 1 (табл. 8.6).
• 7. Обозначение вспомогательных знаков 6 и 3 (табл. 8.6).

После вспомогательных знаков, если указана последующая механическая обработка шва, ставят обозначение шероховатости поверхности обработанного шва (рис. 8.26, а).

Вспомогательные знаки (табл. 8.6) выполняют тонкими сплошными линиями, они должны быть одинаковой высоты с цифрами, входящими в обозначение шва.

Рис. 8.31.

Условное обозначение стандартного шва, показанное на полке линии-выноски (рис. 8.31), расшифровывается так:

• • шов нахлесточного соединения (буква Н);
• • прерывистый шов по незамкнутой линии (знак 7);
• • катет сечения шва 6 мм;
• • длина каждого проваренного участка 100 мм;
• • шаг 200 мм (100/200).

Сварочные материалы указывают на чертеже в технических требованиях или таблице швов.

Таблица 8.6.

Вспомогательные знаки для обозначения сварных швов.

Окончание табл. 8.6.

Допускается не указывать сварочные материалы.

При наличии на чертеже одинаковых швов обозначение наносят у одного из изображений, а от изображений остальных одинаковых швов проводят линиивыноски с полками.

Всем одинаковым швам присваивают один порядковый номер, который наносят:

• • на линии-выноске, имеющей полку с нанесенным обозначением шва;
• • на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва, не имеющего обозначения, с лицевой стороны.

8.5.2.1.10. Написание технических требований на чертежах сварных конструкций

В технических требованиях на чертежах сварных конструкций рекомендуется приводить следующие данные:

1) марку электродов или присадочной проволоки.

Вместо марки допускается указывать тип электрода по соответствующим государственным стандартам. Допускается вместо марок и типов электродов и марок присадочных проволок указывать необходимые требования к прочности и другим свойствам швов или сварных соединений;

• 2) сведения о необходимости термической обработки сварной конструкции после сварки;
• 3) сведения о необходимости, ограничении или запрещении правки;
• 4) контролируемые швы или участки швов и необходимость их контроля;
• 5) группу сварных соединений;
• 6) конструктивные и технологические нормы подготовки и сборки кромок под сварку и контролируемые размеры швов. Они должны соответствовать требованиям нормативно-технических документов.

Для упрощения чтения и выполнения чертежа сложного сварного изделия (на нескольких листах большого формата) целесообразно обозначение шва указывать не на изображении, а в технических требованиях чертежа или в табл, швов (табл. 8.7).

При этом на изображении будут нанесены только линии-выноски с номером, присвоенным группе одинаковых швов.

Ниже приведены примеры записи технических требований на чертежах сварных конструкций.

Для углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380−88), сталей углеродистых качественных конструкционных (ГОСТ 1050−88):

1. Сварку проводить электродом Э42А (ГОСТ 9467−75).

Сварные швы по ГОСТ 5264–80.

2. Сварные швы группы … (отраслевой стандарт).

Если на чертеже имеются стандартные и нестандартные швы, то в технических требованиях пишут:

1. Сварку проводить электродом Э42А (ГОСТ 9467−75).

Сварные швы №… по ГОСТ 5264–80.

Сварка швов №… — ручная дуговая.

2. Сварные швы группы … (отраслевой стандарт).

Допускается на чертеже сварные швы не обозначать, особенно для пространственных конструкций из уголков, швеллеров и т. д.

Таблица 8.7.

Примеры табличного оформления швов.

Например:

…В местах стыка деталей из швеллеров сварка швами ТЗ катетом не менее 5 мм и С2 по ГОСТ 5264–80 по всей длине соприкосновения деталей.

…В местах стыка деталей из листов сварка швом С2 длиной 50 мм и шагом 200 мм, приварка деталей из листов к швеллерам и фланцам швом Н1 катетом не менее 5 мм длиной 50 мм с шагом 200 мм по ГОСТ 5264–80.

…В местах стыка деталей из труб сварка швом У5 катетом не менее 5 мм, но ГОСТ 16 037–80 по всей длине соприкосновения деталей.

…В местах стыка деталей из труб со швеллерами сварка швом Т1 катетом не менее 5 мм по ГОСТ 5264–80.

…В местах стыка деталей из труб с лентой сварка швом Н1 по ГОСТ 5264–80.

Для легированных конструкционных сталей (ГОСТ 4543−71):

• 1. Сварку проводить электродом Э85А (ГОСТ 9467−75).
• 2. Сварные швы по ГОСТ 5264–80.
• 3. Сварные швы группы … (отраслевой стандарт).

Для коррозионно-стойких сталей по ГОСТ 5632–72 (сталь 12Х18Н10Т):

• 1. Сварные швы по ГОСТ 14 771–76.
• 2. Сварку проводить с присадочной проволокой Св06Х19Н9Т ГОСТ 2246–70.
• 3. Допускается замена на проволоку Св04Х19Н11МЗ ГОСТ 2246–70.
• 4. Допускается сварка электродуговая. Электрод Э-08Х17Н8М2 ГОСТ 10 052–75.
• 5. Сварные швы группы … (отраслевой стандарт).

Если в сварной конструкции применяются различные способы сварки, то в технических требованиях следует делать запись по типу:

• 1. Сварка электродуговая электрод Э-08Х20Н9Г2Б (ГОСТ 10 052−75). Допускается электрод Э-08Х17Н8М2 (ГОСТ 10 052−75).
• 2. Сварные швы группы … (отраслевой стандарт).
• 3. Сварные швы, выполненные электродуговой сваркой, контролировать радиографическим методом по ГОСТ 7512–82.
• 4. Остальные сварные швы выполнить аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой Св06Х19Н9Т (ГОСТ 2246−70).
• 5. Сварные швы, выполненные точечной сваркой, группы … (отраслевой стандарт).

Если на сборке выполняются сварные швы из алюминиевых сплавов различных марок, то в технических требованиях дается следующая запись;

Сварные швы по ГОСТ 14 806–80, кроме шва № 1.

Сварку швов № 7 — № 5 проводить с присадочной проволокой СвАМц (ГОСТ 7871−75).

Сварка шва № 1 — с присадочной проволокой СвАМгб (ГОСТ 7871−75).

Сварные швы группы … (отраслевой стандарт).

Конструирование сварных корпусов

Корпус и крышку редуктора сваривают из элементов, изготовленных из проката (лист, полоса, пруток круглого сечения и др.).

Толщину стенок сварного корпуса принимают равной:

где 5 — толщина стенок литого чугунного корпуса (разд. 8.4.1).

После сварки корпус и крышку отжигают и иногда правят (рихтуют). Затем производят обработку резанием плоскостей и отверстий детали.

Конструкции сварных корпусов редукторов разнообразны. Возможный вариант конструктивного оформления сварного корпуса конического одноступенчатого редуктора показан на рис. 8.32.

Конструирование отдельных элементов сварного корпуса (подшипниковых гнезд, мест крепления крышки и корпуса, опорных фланцев и др.) подчиняется общим правилам, изложенным в разд. 8.

Сварные корпуса редукторов других типов конструируют аналогично.

Рис. 8.32.