2.7. Выбор технологического оборудования для изготовления сварной конструкции

В технологическое оборудование входит оборудование для транспортировки, подъёма и поворотов сварной конструкции, её деталей и узлов. Выбор технологического оборудования производят по рабочим функциям оборудования, габаритным размерам и грузоподъёмности. Технологическое оборудование для сварки должно обеспечивать поворот изделия в удобное для сварки положение, а для автоматической сварки и вращение со сварочной скоростью.

Выбор технологического оборудования провести из каталогов оборудования, указать его маркировку и техническую характеристику.

2.8. Выбор технологической оснастки для сборки и сварки сварной конструкции

Выбор и проектирование сборочно-сварочных приспособлений (оснастки) производится в соответствии с предварительно избранными способами сборки-сварки узлов. При разработке данного вопроса необходимо учитывать то, что выбор сборочно-сварочных приспособлений должен обеспечить следующее:

• уменьшение трудоёмкости работ, повышение производительности труда, сохранение длительности производственного цикла;

• облегчение условий труда;

• повышение точности работ, улучшение качества продукции, сохранение заданной формы свариваемых изделий путём соответствующего закрепления их для уменьшения деформаций при сварке.

Приспособления должны удовлетворять следующим требованиям:

• обеспечивать доступность к местам установки детали, к рукояткам зажимных и фиксирующих устройств, к местам прихватов и сварки;

• обеспечивать наивыгоднейший порядок сборки;

• должны быть достаточно прочными и жёсткими, чтобы обеспечить точное закрепление деталей в требуемом положении и препятствовать их деформации при сварке;

• обеспечивать такие положения изделий, при которых было бы наименьшее число поворотов, как при наложении прихваток, так и при сварке;

• обеспечивать свободный доступ при проверке изделия;

• обеспечивать безопасное выполнение сборочно-сварочных работ.

При крупносерийном производстве приспособления следует выбирать из расчёта возможностей перестройки производства на новый вид продукции, т.е. универсальные.

Тип приспособления необходимо выбирать в зависимости от программы, конструкции изделия, технологии и степени точности изготовления заготовок, технологии сборки-сварки.

Рабочий и мерительный инструмент выбирается конкретно для каждой сборочно-сварочной операции, исходя из требований чертежа и технических условий на изготовление сварной конструкции.

Технологическая оснастка предназначена для сборки и крепления деталей под сварку с заданными зазорами, для предохранения от прожогов, для формирования корня шва и для удобства транспортировки. Оснастка может быть стандартной, а может специально изготавливаться на заводе. Правильный подбор оснастки значительно повышает качество изготовления сварной конструкции и повышает производительность труда.

2.9. Выбор режимов оборудования для термической обработки сварных швов

В термическую обработку сварных изделий входит термическая подготовка деталей перед сваркой, термическая обработка в процессе сварки и термическая обработка готового сварного изделия. Термическая подготовка деталей перед сваркой выполняется для улучшения свариваемости металла. Поэтому свариваемую сталь перед сваркой рекомендуется подвергать отжигу или высокому отпуску, режимы, которых зависят от состава стали.

Выбор теплового режима сварки зависит от свойств свариваемых металлов и сплавов, жесткости конструкции и состояния ее при сварке. При сварке черных металлов термический режим состоит в подогреве свариваемых деталей. Причем для стали, чем выше склонность ее к закатке и трещинам, тем выше должна быть температура подогрева.

Термическая обработка после сварки проводится для снятия напряжений, полученных в результате сварки и для улучшения механических свойств. При сварке применяют следующие виды термической обработки.

Отжиг для снятия внутренних напряжений. После сварки изделие помещают в нагревательную печь, нагрев осуществляют постепенно Для низко- и среднеуглеродистых сталей температура нагрева достигает 600—680°С. После нагрева изделие выдерживают в печи при этой температуре в течение 2,5 мин на 1 мм толщины металла, и охлаждают вместе с печью. Для полного отжига стальное изделие нагревают до температуры 820—930°С, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают. Время выдержки изделия при данной температуре такое же, как и при отжиге для снятия напряжений, но не менее 30 мин. Затем изделие охлаждают вместе с печью со скоростью 50—75°С в час до температуры 300°С, после чего его вынимают из печи и охлаждают на воздухе. При полном отжиге устраняются внутренние напряжения и улучшается структура металла. Металл становится мелкозернистым и более пластичным.

Нормализация — это термическая обработка, подобная отжигу, но с более быстрым охлаждением изделий, которое обычно проводят на воздухе. При нормализации сварное изделие нагревают до температуры 850—900°С, выдерживают при этой температуре и затем охлаждают на воздухе. В этом случае металл шва и околошовной зоны приобретает мелкозернистую структуру, повышается его прочность и твердость.

Отпуск применяется для сталей, склонных к закалке, для уменьшения внутренних напряжений и хрупкости. Изделие нагревают до температуры 400—700°С, выдерживают при этой температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм толщины металла, медленно охлаждают вместе с печью до нормальной температуры. Поскольку изделия в этом случае нагреваются до температуры, лежащей ниже критической (723°С), структурных изменений в сварном шве и околошовной зоне не происходит. Для каждой марки стали существуют свои режимы отпуска и скорости охлаждения, которые указываются в технических условиях на термообработку.

Нагрев для термической обработки может производиться в печах, горнах, ямах, а также с помощью индукторов. Для местного нагрева применяют сварочные горелки. Местный нагрев пламенем сварочной горелки используют также для правки изделий после сварки. Мощность горелки берут из расчета 300 дм3/ч на 1 мм толщины нагреваемого металла. Сварочным пламенем нагревают выпуклую часть изделия, которую необходимо выправить. При нагреве металл стремится расшириться, но этому препятствуют его холодные части, в металле возникают напряжения сжатия, вызывающие деформацию сжатия. При охлаждении на этом участке возникают обратные напряжения растяжения, которые и выпрямляют изделие.

Подогревают стальные изделия до 650—900°С, что соответствует темно-красному цвету. Скорость перемещения пламени при нагреве — 500—600 мм/мин. Чем быстрее выполняется нагрев, тем успешнее проводится процесс правки изделия.

Если в результате сварки складываются неблагоприятные структуры, то необходимо после сварки термообработка по определённому режиму (табл.2.17.).

Таблица 2.17. Ориентировочные режимы термообработки после сварки

С т а л ь	Ориентировочный режим термообработки, оС
Углеродистая	Отпуск при 650 – 670оС для снятия сварочных напряжений, выравнивания структуры и механических свойств
Низколегированная повышенной прочности	Отпуск при 670 – 700оС для снятия сварочных напряжений, выравнивания структуры и механических свойств
Теплоустойчивая, 15ХМ; 12ХIMФ; 20ХЭМВФ	При толщине S>10мм отпуск при 700 – 730оС, при S=3,5мм отпуск при 720 – 740оС
Жаропрочная и коррозионно-стойкая	Сварочные соединения стали аустенитного класса, стабилизация при 780 – 820оС или аустеризация при 1000 – 1100оС. сварные соединения стали или ферритного класса – отпуск при 700 – 800оС.

Таблица 2.18. Типовые режимы термической обработки сталей

№	Марка стали	Твёрдость (HRCэ)	Температ. закалки, град.С	Температ. отпуска, град.С	Температ. зак. ТВЧ, град.С	Температ. цемент., град.С	Температ. отжига, град.С	Закал. среда	Прим.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Сталь 20	57..63	790..820	160..200		920..950		Вода
2	Сталь 35	30..34	830..840	490..510				Вода
		33..35		450..500
		42..48		180..200	860..880
3	Сталь 45	20..25	820..840	550..600				Вода
		20..28		550..580
		24..28		500..550
		30..34		490..520
		42..51		180..220					Сеч. до 40 мм
		49..57		200..220	840..880
		≤22				780..820			С печью
4	Сталь 20Х	57..63	800..820	160..200		900..950		Масло
		59..63		180..220	850..870	900..950		Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		"--					840..860
5	Сталь 40Х	24..28	840..860	500..550				Масло
		30..34		490..520
		47..51		180..200					Сеч. до 30 мм
		47..57			860..900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		48..54							Азотирование
		≤22					840..860
6	Сталь 12ХН3А	50..63		180..200	850..870	900..920		Водный раствор	0,2..0,7% поли-акриланида
		≤22					840..870		С печью до 550..650
7	Сталь 38Х2МЮА	23..29	930..950	650..670				Масло	Сеч. до 100 мм
		≤ 22		650..670					Нормали-зация 930..970
		HV > 670							Азотирование
8	Сталь 7ХГ2ВМ	≤25					770..790		С печью до 550
		28..30	860..875	560..580				Воздух	Сеч. до 200 мм
		58..61		210..230					Сеч. до 120 мм
9	Сталь 35ХГС	<= 22					880..900		С печью до 500..650
		50..53	870..890	180..200				Масло

1		2	3	4	5	6	7	8	9	10
10		Сталь 9ХС	≤24					790..810		С печью до 600
			45..55	860..880	450..500				Масло	Сеч. до 30 мм
			40 48		500..600
			59..63		180..240					Сеч. до 40 мм
11		Сталь ХВГ	≤25	820..850				780..800		С печью до 650
			59..63		180..220				Масло	Сеч. до 60 мм
			36..47		500..600
			55..57		280..340					Сеч. до 70 мм
12		Сталь Х12М	61..63	1000..1030	190..210				Масло	Сеч. до 140 мм
			57..58		320..350
13		Сталь 5ХНМ, 5ХНВ	≥57	840..860	460..520				Масло	Сеч. до 100 мм
			42..46							Сеч. 100..200 мм
			39..43							Сеч. 200..300 мм
			37..42							Сеч. 300..500 мм
			НV≥450							Азотирование. Сеч. св. 70 мм
14		Сталь 30ХГСА	19..27	890..910	660..680				Масло
			27..34		580..600
			34..39		500..540
			"--					770..790		С печью до 650
15		Сталь 12Х18Н9Т	≤18	1100..1150					Вода
16		Сталь 40ХН2МА, 40ХН2ВА	30..36	840..860	600..650				Масло
			34..39		550..600
17		Сталь 20Х13	27..35	1050	550..600				Воздух
			43,5.. 50,5		200
18		Сталь 40Х13	49,5.. 56	1000..1050	200..300				Масло
Общие положения
1	Общее время нагрева (время нагрева и выдержки) деталей при закалке берётся из расчёта 1 минута на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения. В соляных ваннах - 35 секунд на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения.
2	Общее время нагрева (время нагрева и выдержки) деталей при отпуске берётся из расчёта: а) низкий отпуск (температура 130…240 град.) -- 3 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения, но не менее 30 - 40 минут. б) средний отпуск (температура 240...450 град.) -- 2 - 3 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения. в) высокий отпуск (температура 450...700 град. -- 2 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения.
3	Окончательный контроль термической обработки деталей вести по фактической твёрдости.