Куркин С.А. - Технология, механизация и автоматизация производства сварных конструкций

7. ДЕТАЛИ МАШИН И ПРИБОРОВ (ЛИСТЫ 201 ... 230)

ПОЯСНЕНИЯ К ЛИСТАМ 201... 230

ДЕТАЛИ И УЗЛЫ ТЯЖЕЛОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Рамы и станины (листы 201, 202).

Для машиностроения наиболее характерными деталями являются станины, валы и колеса. При- менительно к машинам тяжелого и энергетического машиностроения такие детали изготовляют, как правило, в условиях единичного и мелкосерийного производства.

На рис. 1 (лист 201) по казана рама вертикальной клетки прокатного стана, составленная из че- тырех литых заготовок из стали 35 Л. Места стыков выбраны из условия симметрии сварочных де- формаций и относительной простоты формы каждого элемента. Сложное очертание двутаврового сечения в месте стыка заменено сплошным (разрезы А-А, Б-Б) для удобства выполнения его эпек- трошлаковой сваркой пластинчатыми электродами. На рис. 3 показана другая рама, подготовленная к электрошлаковой сварке плавящимся мундштуком. Можно видеть, что сборка под сварку выпол- няется в горизонтальном положении с помощью скоб, стыки свариваются попарно. В ряде случаев размеры сварного узла оказываются настолько велики, что перед общей сборкой отдельные заготов- ке приходится укрупнять с помощью электрошлаковой сварки. Так, на рис. 2 показаны такие детали пресса усилием 650 МН, как стол (рис. 2, а), боковина (рис. 2, б), верхняя плита (рис. 2, в), балки (рис. 2, г ... ж), каждая из которых имеет массу более 100 т и содержит от одного до шести эяектрош- лаковых швов.

При изготовлении станин прессов используют заготовки, получаемые различными методами. Сварные соединения обычно выполняют путем полного проплавления всей толщины присоединяемо- го элемента (рис. 4, а). Это позволяет получать сварные соединения с минимальной концентрацией напряжений при относительно простой подготовке элементов под сварку, однако требует проведения последующей термической обработки готового узла или изделия. Иногда ограничиваются минималь- ными размерами швов (рис. 4, б), но в этом случае производят плотную подгонку мест сопряжении листов и постановку разгрузочных заплечиков, штифтов, шипов и пазов. Дополнительные затраты на подгоночные работы компенсируются снижением трудоемкости сварочных работ. Кроме того, малый объем наплавленного металла позволяет в этом случае обходиться без последующей термообработки конструкций.

На рис. 5, а ... г (лист 202) приведены четыре конструктивных варианта поперечины пресса усилием

45 МН:

а — литая поперечина; б — сварно-литая; в — сварная с радиальными ребрами; г — сварная с изо-

гнутыми секциями.

На рис. 6, а, б показана сварная станина пресса усилием 40 МН, состоящая из стоек 1 и 2 из тол- столистового проката, массивной литой траверсы 3 и кованой трубы 4. Сварные соединения — сты- ковые, тавровые и угловые; большинство из них выполняют электрошлаковой сваркой. Последнее обстоятельство определяет не-

которые особенности конструкции и последовательность выполнения сборочно-сварочных операций. Угловые и тавровые соединения элементов собирают при помощи косынок и диафрагм, стыковые — при помощи скоб. В местах, недоступных для постановки формующих медных охлаждаемых подкла- док, применяют остающиеся стальные пластины. Последовательность выполнения сборочно- сварочных операций выбирается так, чтобы концы каждого из электрошлаковых швов можно было вывести за пределы детали. Поэтому общей сборке сложной детали обычно предшествуют сборка и сварка относительно простых узлов. При этом для уменьшения угловых сварочных деформаций же- лательно, чтобы каждый собранный под сварку узел имел замкнутое сечение.

Применительно к станине пресса усилием 40 МН (см. рис. 6) последовательность и содержание основных сборочно-сварочных операций показаны на рис. 7. Первым узлом является тумба 1. Снача- ла в замкнутое сечение собирают ее боковые стенки и электрошлаковые швы № 1 и № 2 выполняют с полным проплавлением привариваемого элемента (рис. 7, а) . Затем устанавливают горизонтальные листы тумбы и выполняют первые пары швов № 3 и № 4 (рис. 7, б). Участки первых пар швов, пре- пятствующие установке карманов и выводу усадочных раковин вторых пар швов, удаляют из зазора огневой резкой. Готовая тумба входит в состав второго, более крупного узла — стойки (рис. 7, в). Замкнутое сечение образуют присоединением полустоек 2 и 3\ швы №5 ...№8 выполняют электро- шлаковой сваркой, формирование корпуса станины завершают сборкой стоек с траверсой 4 и свар- кой электрошлаковых швов № 9 ... № 12 (рис. 7, г) . Затем в полустойках 3 термической резкой выре- зают пазы под трубу 5. Следует заметить, что образование пазов резкой не плоских заготовок, а уже сваренного узла с удалением части шва является приемом, характерным для конструкций, выпол- няемых электрошлаковой сваркой. Целесообразность такого приема объясняется трудоемкостью под- готовки и зачистки стыков в местах начала и конца каждого электрошлакового шва. Завершение сборки и сварки станины требует ряда кантовочных операций. Так, установка трубы 5 и лап 9 и 10 и сварка полуавтоматом под флюсом многослойных швов № 14 и № 15 производится, как показано на рис. 7, а, а установка крышек б, 7 и 8 и выполнение электрошлаковых швов № 16 и многослойных швов № 17 ... № 22 - на рис. 7. е.

288

Валы и цилиндры (листы 203, 204).

Типы сварных роторов паровых и газовых турбин показаны на рис. 1 (лист 203). Их изготовляют из жаропрочных сталей, что затрудняет получение заготовок большого размера с помощью литья и ковки. Поэтому крупные валы сваривают из поковок относительно небольшого размера и простой формы. На рис. 3 показан ротор газовой турбины, составленный из отдельных дисков 4 и концевых частей 3 и 5. При разработке конструкции и технологии изготовления подобных изделий основными требованиями являются жесткое ограничение величины искривления продольной оси ротора от сва- рочных деформаций и получение надежного про плавления швов при их односторонней сварке.

Кованые заготовки дисков после механической обработки центрируются относительно друг дру- га направляющими поясками, требуемая величина зазора и разделка обеспечиваются постановкой проставок 1 (рис. 2, а). Однопроходная сварка не может обеспечить симметрии сварочных деформа- ций из-за неравномерности поперечной усадки по периметру кольцевого шва, поэтому применяют многослойную сварку. Полный провар в корне шва можно обеспечить постановкой остающегося под- кладочного кольца 2. Однако в процессе эксплуатации наличие такого кольца вызывает концентра- цию напряжений и может способствовать зарождению усталостных трещин. Более целесообразной является конструкция стыка, показанная на рис. 2, б. Центрирующий выступ с упорным кольцом 1 из малоуглеродистой стали толщиной 2 мм обеспечивают высокую точность сборки ротора при со- хранении податливости стыка при сварке. Это весьма важно для предупреждения образования тре- щин в соединении. Притупление разделки шва выбрано из условия получения полного провара кор- ня шва. Специальные наклонные каналы уменьшают жесткость кромок при выполнении корневого слоя и тем самым предотвращают образование в нем трещин, а также обеспечивают лучшие условия для ультразвукового контроля сварного соединения. Собранные элементы плотно стягивают тягами 1 (рис. 3) с компенсирующими усадку пружинами 2, и в вертикальном положении ротор подают на сварку.

Первые слои швов выполняют при вращении ротора 3 (рис. 4) от электродвигателя 1 через ре- дуктор 2. Вертикальное расположение оси ротора 3 имеет цель исключить влияние силы тяжести. Для обеспечения симметрии сварочных деформаций каждый корневой шов выполняют одно- временно двумя или тремя симметрично расположенными сварочными головками 4 вольфрамовым электродом в аргоне. Затем в этом же положении ряд слоев укладывают плавящимся электродом в среде СО2. После заполнения той части разделки, которая необходима для обеспечения определенной жесткости ротора, его переносят во вращатель с центрами с горизонтальным расположением оси вращения и основную часть разделки заполняют многослойной сваркой под флюсом в нижнем по- ложении. Такая технология позволяет предотвратить искривление настолько, что биение сваренного вала не превышает 0,5 мм на длине 5 м.

Валы больших размеров сплошного сечения целесообразно изготовлять путем укрупнения двух, трех поковок электрошлаковой сваркой (рис. 5). При использовании обычного метода плавящегося мундштука наличие множества проволочных электродов существенно снижает надежность поддер- жания непрерывного процесса сварки, а для предупреждения образования холодных трещин тре- буется применение предварительного и сопутствующего нагрева. Использование метода электрошла- ковой сварки по бифилярной схеме (рис. 7) исключает необходимость подогрева, обеспечивает высо- кую надежность процесса и позволяет получать швы такого же химического состава, что и основной металл, сваривая заготовки не только прямоугольного и квадратного, но также круглого сечения практически неограниченных размеров (лист 204, рис. 8) . Сварку выполняют четырьмя расходуе- мыми электродами того же химического состава, что и соединяемые заготовки. Два электрода 2 (рис. 7) неподвижны относительно кромок заготовок, а другие два электрода 1 подаются совместно в шлаковую ванну. Дальнейшим развитием такого метода является замена средних подвижных элек- тродов подачей в сварочный зазор присадки 2 (рис. 6) в виде дроби или сечки дозаторами 1. В этом случае сварное соединение имеет минимальную зону термического влияния, что позволяет качест-

венно сваривать стали с высоким содержанием углерода.

При изготовлении крупных валов и цилиндров прессов для соединения полых цилиндрических поковок кольцевыми стыковыми швами используют иные приемы сварки. На рис. 9 (лист 204) пока- зана ось опорного валка уникального стана "5000" из стали 25ХНЗМФА, свариваемая с предвари- тельным подогревом проволокой Св-08ХН2ГМЮ при флюсом АН17М при числе слоев 134.

Для выполнения кольцевых швов широко используют электрошлаковую сварку при вращении свариваемых заготовок (рис. 10, 11). Отличительной особенностью выполнения кольцевых стыков весьма большого сечения является трудность обеспечения непрерывности процесса сварки от начала до заварки замка. Такая непрерывность необходима как для качественного выполнения шва (при нарушении процесса неизбежно возникновение несплавления кромок и возможно образование тре- щин) , так и для получения ожидаемых величины и направления сварочной деформации искривле- ния осей стыкуемых деталей. Так как время сварки может составлять десятки часов, то возникает опасность отказа аппаратуры и прежде всего выхода из строя мундштуков, направляющих элек- тродную проволоку в сварочную ванну. Сменить мундштуки без остановки процесса невозможно, а остановить процесс — недопустимо. Поэтому для сварки кольцевых швов большого сечения исполь- зуют специальную установку (рис. 12) с двумя дублирующими друг друга сварочными головками. При выходе работающей головки из строя ее место тотчас занимает вторая головка, и процесс свар- ки прерывается лишь на весьма непродолжительное время.

289