Сварные корпусные конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Корпусные листовые конструкции

Большое разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Сварные конструкции можно классифицировать:

- по способу получения заготовок (листовые, литосварные, кованосварные, штампосварные);

- целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и др.);

характерным особенностям их работы (балки, рамы, фермы, емкости, сосуды, работающие под давлением, трубы и трубопроводы, корпусные конструкции и т. п.).

При рассмотрении вопросов проектирования и изготовления сварных конструкций последние целесообразно классифицировать в зависимости от характерных особенностей работы. В этом случае можно выделить следующие типы сварных конструкций:

Балки - конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб; жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.

Колонны - элементы, работающие преимущественно на сжатие или сжатие с продольным изгибом.

Цилиндрические резервуары для различных жидкостей, в том числе и для нефтепродуктов, изготавливают из листовой стали. Из листов делают барабаны паровых котлов высокого давления с толщиной стенок до 100 мм. Такие толщины сваривают электрошлаковой сваркой.

При сварке конструкций применяются стыковые и нахлесточные соединения. В резервуарах вертикальные (поперечные) соединения выполняют стыковыми, а круговые соединения поясов - нахлесточными, так как очень сложно обеспечить сборку этих соединений встык без зазоров, особенно при больших диаметре и высоте.

На изготовление различных ответственных сосудов, барабанов и котлов, работающих под давлением, объектов нефтехимической промышленности, грузоподъемных устройств, газопроводов и других изделий распространяются нормы и правила Госгортехнадзора и других органов надзора за техническим состоянием и надежностью опасных технических устройств.

На сварку судовых корпусных конструкций технические условия устанавливаются правилами Речного или Морского Регистр, России.

Кроме сталей для изготовления листовых конструкций применяют и цветные металлы. В кислородном машиностроении используют медь и латунь, в производстве цистерн для перевозки кислот пищевых продуктов, корпусов судов на подводных крыльях - алюминий и его сплавы, в химическом машиностроении - жаропрочные и жаростойкие, кислотостойкие хромоникелевые стали.

Для сварки этих конструкций служит в основном сварка в защитных газах, а также нержавеющие электроды.

Если сварная конструкция ответственного назначения и поднадзорна органам Госгортехнадзора России, то к ее изготовлению (в том числе и контроль качества) допускаются инженерно-технические работники, а также рабочие-сварщики после обучения, проверки знаний и экзамена по новым правилам (введенным 15 января 2000 г.) аттестации ПБ-3-273-99 в аттестационном центре, а не на своем предприятии, как это делалось прежде.

Независимо от типов сварных конструкций, при их создании следует учитывать некоторые особенности.

Главная из них, заключается в том, что представляя собой единое целое, все-таки сварная конструкция состоит из отдельных элементов, соединенных между собой одним из способов сварки. В связи с этим при проектировании сварных конструкций важно учитывать следующее правило: расчет нагрузок, жесткости, прочности производится, как для единой конструкции, но с учетом того, что со временем сварные швы могут ослабнуть.

Сегодня задачу проектирования сварных конструкций облегчает специализированное программное обеспечение, в котором можно не только разработать трехмерный эскиз и проект, но и просчитать нагрузки, определить типы конструкций, сварных соединений, виды швов. Кроме того, можно подобрать и профили разной формы, даже задать индивидуальные параметры.

Но, даже используя при проектировании специализированное программное обеспечение, следует понимать и различать виды сварных конструкций, чтобы сделать правильный выбор.

корпусной листовой сварной конструкция

2. Условия эксплуатации сварных деталей машин

При проектировании деталей машин следует учитывать следующие обстоятельства.

1. Диапазон применяемых марок сталей широк -- наряду с низкоуглеродистыми и низколегированными сталями применяют высоколегированные. Иногда заготовки подвергают термической обработке до сварки. К качеству конструкций предъявляются высокие требования.

2. В деталях машин размеры элементов нередко определяются условиями не прочности, а жесткости. В этом случае рабочие напряжения принимаются значительно ниже допускаемых.

3. В деталях машин большое значение имеет точность изготовления. Остаточные напряжения в сварных конструкциях, находящихся в эксплуатации, с течением времени меняют свое значение. Вследствие этого в конструкции появляются деформации. Поэтому сварные изделия, изготовляемые и обрабатываемые по высшим квалитетам точности, необходимо после сварки подвергать термической обработке (отпуску в нагревательных печах).

4. В зонах сварных соединений некоторых низколегированных сталей происходит процесс замедленного распада аустенитной структуры, вызывающий деформирование соединения в течение некоторого времени. В процессе эксплуатации сварных соединений из низкоуглеродистой и аустенитной стали изменения размеров; обычно не происходит. Существуют разные мероприятия для устранения этого вредного явления. Одно из них -- применение рациональной термической обработки изделия после сварки. Полезно снятие остаточных напряжений, так как возникающие при этом пластические деформации ускоряют процесс стабилизации структур.

5. Механическую обработку сварных деталей машин следует* как правило, производить после отпуска, так как удаление части сечения вызывает перераспределение остаточных напряжений и искажение ранее обработанных поверхностей. Однако эти искажения зависят от жесткости обрабатываемой детали и размера снимаемого слоя и могут быть невелики. Поэтому очень часто сварные изделия обрабатывают, не производя вовсе отпуска.

6. «Горячий монтаж», т. е. сборку и сварку механически обработанных заготовок без последующей механической обработки готовой детали, можно применять только при тщательной отработке технологии сварки.

Детали машин часто воспринимают действие динамических нагрузок. Это требует проектирования конструкций с возможным устранением концентраторов напряжений.

К большинству проектируемых машин предъявляются следующие требования:

- высокая производительность;

- экономичность производства и эксплуатации;

- равномерность хода;

- высокий кпд;

- точность работы;

- компактность, надежность и долговечность;

- удобство и безопасность обслуживания;

- транспортабельность;

- соответствие внешнего вида требованиям технической эстетики.

При конструировании и изготовлении машин должны строго соблюдаться ГОСТы. Применение в машине стандартных деталей и узлов уменьшает количество типоразмеров, обеспечивает взаимозаменяемость, облегчает ремонт машин. Одним из главных требований, предъявляемых к деталям, является технологичность, которая значительно влияет на их стоимость. Следует предусматривать максимально возможное применение стандартных узлов и деталей. Существенными показателями технологичности конструкции являются ее материалоемкость, трудоемкость изготовления и себестоимость. Технологичной считают такую конструкцию, для которой характерны минимальные затраты при производстве и эксплуатации.

3. Критерии работоспособности и влияющие на них факторы

Критерии работоспособности и влияющие на них факторы быть работоспособными - значит находиться в таком состоянии, в котором детали могут выполнять заданные функции в пределах технических требований. Без учета работоспособности детали нельзя говорить о её надежности. Работоспособность деталей оценивают: - прочностью; - жесткостью; - износостойкостью; - теплостойкостью; - вибрационной устойчивостью. Значение того или иного параметра возрастает или уменьшается в зависимости от функционального назначения детали. Например, для крепежных винтов - прочность, ходовых деталей - износостойкость. Работоспособность обеспечивают выбором соответствующего материала и расчетом детали по 4 основным критериям работоспособности. Рассмотрим критерии работоспособности: Прочность - главный критерий. Различают статическую и усталостную прочность. При статической - разрушение наступает при превышении предела прочности. При усталостной - при превышении предела выносливости. Усталостная прочность значительно снижается при наличии концентраторов напряжений или дефектов производства. Факторы, влияющие на величину коэффициента запаса усталостной прочности, степень ответственности детали, однородность материала и надежность его испытаний, точность расчетных формул, влияние технологии изготовления детали и т.д. В каждой отрасли машиностроения, основываясь на своем опыте, выбирают свои нормы запаса прочности для конкретных деталей. Эти нормы не являются стабильными. Их периодически корректируют по мере накопления опыта и роста уровня техники. В деталях машин существенным является и разрушение от контактных напряжений. Они возникают в месте соприкосновения двух деталей в тех случаях, когда размеры площади касания малы по сравнению с размерами деталей. Если они больше допускаемых, то на поверхности деталей появляются вмятины, борозды, трещины или мелкие раковины. Подобные явления наблюдаются у фрикционных, зубчатых, червячных и цепных передач, а также в подшипниках качения.

Жесткость. Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы, например: - условия работы сопряженных деталей (правильность зацепления зубчатых колес); - технологические условия (точность станка и т.д.); Значение расчетов на жесткость возрастает в связи с широким внедрением высокопрочных материалов, у которых увеличиваются характеристики прочности, а модуль упругости практически не меняется. Износ - процесс постепенного уменьшения размеров деталей в результате трения. Детали, изношенные больше нормы, бракуют и заменяют при ремонте. Интенсивность износа зависит от величины давления на поверхности соприкосновения деталей, коэффициента трения и износостойкости материала. Различают несколько видов изнашивания деталей: - абразивный износ (имеет основное значение); - износ при заедании; - износ при коррозии. Для повышения износостойкости широко используют смазку трущихся поверхностей, применяют антифрикционные материалы, специальные виды химико-термической обработки поверхностей, уменьшают нагрузки и т.д. Износостойкость значительно понижается при коррозии. Что надо учитывать при проектировании деталей, работающих в агрессивных средах. Теплостойкость. Нагрев способствует: - понижению механических свойств и появлению ползучести; - понижению защищающей способности масленых пленок, и, следовательно, увеличению износа; - изменению зазоров в сопрягаемых деталях (заклинивание); - понижению точности машин. Для определения температуры работы деталей проводят тепловые рас- четы и, если необходимо, вносят соответствующие конструктивные изменения (применяют специальные устройства для охлаждения).

Вибрации понижают усталостную прочность деталей, т.к. возникают дополнительные переменные напряжения. В некоторых случаях они снижают качество работы машины (например, в металлорежущих станках снижают точность обработки и ухудшают качество обрабатываемой поверхности). Особое значение имеют резонансные явления.

Надежность - это вероятность безотказной работы в течение заданного срока службы в определенных условиях. Под заданным сроком службы понимается время до первого планового ремонта или между плановыми ремонтами. Надежность определяют для машины в целом и для отдельных её узлов и деталей. Расчет надежности базируется на статистических данных. Для оценки надежности выбирают различные показатели: число отказов в работе, средний срок службы в часах, число километров пробега и т.д. Вследствие приработки все трущиеся детали автоматически доводятся до наиболее рациональных форм. Из этого следует, что для повышения надежности целесообразно производить обкатку изделия до сдачи его в эксплуатацию.

Период нормальной эксплуатации, характеризуется примерно постоянным значением интенсивности отказов. Причиной отказов здесь служат случайные перегрузки, скрытые дефекты производства, не проявившиеся в период приработки.

Период проявления изнашивания. Здесь различные виды износа достигают таких значений, которые приводят к разрушению деталей или к нарушению нормальной работы машины. Машина потребует очередного ремонта. Основы надежности закладываются конструктором при проектировании изделия. Плохо продуманные, не отработанные конструкции не надежны.

Основные пути повышения надежности:

- улучшение качества производства конструкции;

- уменьшение напряженности деталей (рационально применять высокопрочные материалы, различные виды термической обработки, которые увеличивают нагрузочную способность зубчатых передач до 2…4 раз);

- применение хорошей смазки;

- установка предохранительных устройств;

- должный контроль ОТК.

Размещено на Allbest.ru