Файл: Майзель В.С. Сварные конструкции учебник.pdf

делов текучести материала; а и т — значения нормального п ка­ сательного напряжений, вычисленные по формулам (1 0 .2 ) и (1 0 .3 ); In] — допускаемое значение коэффициента запаса.

В связи с тем, что для стыковых швов при современных спо­ собах сварки обеспечивается его полная равнопрочность с основ­ ным металлом, никаких обособленных расчетов сварных стыковых швов производить нет необходимости, так как прочность их опре­ деляется принятыми размерами сечений для основного металла, выбором метода сварки и соответствующим обеспечением надле­ жащего качества сварного соединения.

Коленчатый вал. Большие возможности для снижения веса заготовок открываются с применением сварки при изготовлении коленчатых валов.

В качестве примера можно привести сварной коленчатый вал дизельной установки.

Применяющиеся в дизелях коленчатые валы изготовляются преимущественно методом свободной ковки на мощных прессах из крупных слитков. При этом заготовки должны иметь большие припуски по всем элементам, что приводит к тому, что вес заго­ товки в 5— 8 раз превышает чистый вес самого вала.

Кроме того, при изготовлении крупных поковок такой сложной формы весьма трудно устранить дефекты, имеющиеся в крупных отливках. Это приводит к большому объему дополнительных работ по исправлению брака и снижает надежность работы таких валов.

Заводом «Русский дизель» в содружестве с Институтом элек­ тросварки им. Е. О. Патона создан сварной коленчатый вал для дизеля типа РД- 6 мощностью 800 л. с. при скорости вращения 650 об/мин (рис. 10.6).

Общая длина вала составляет 3600 мм; диаметр коренных шеек 200 мм, а мотылевых 192 мм. Вал изготовлен из среднеле­ гированной улучшенной высокопрочной стали марки 34ХН2М. Его заготовка составлена из 14 кованых полуколец и двух конце­ вых фланцев, соединенных между собой в одно целое способом контактной стыковой сварки оплавлением.

Сварной стык расположен в среднем сечении по диаметрам шеек, так как это сечение является менее опасным, чем в месте сопряже­ ния шейки со щекой.

Для оценки несущей способности сварного коленчатого вала были проведены специальные усталостные испытания натурных

и сварное соединение, позволили сделать вывод о том, что крупные сварные коленчатые валы, обладают высокой усталостной проч­

ностью, не меньшей, чем соответствующие цельнокованые валы, и

могут успешно применяться для дизелей взамен цельнокова­ ных.

Экономическая эффективность по данным завода характери­ зуется при этом следующими показателями:

Стоимость одного вала: цельнокованого 4459 руб; сварного 2501 руб; экономия 1958 руб.

Кроме того, цикл изготовления коленчатых валов сокращается в 3—4 раза.

Рис. 10.6. Сварной коленчатый вал дизеля

Эти показатели могут быть еще более значительно улучшены при дальнейшем упрощении технологии изготовления сварных коленчатых валов, в частности, переносом сварного стыка в место сопряжения шеек вала со щеками.

Проведенные испытания показали, что такое конструктивное решение является вполне возможным потому, что само сварное соединение во всех отношениях является равнопрочным, а более слабым местом конструкции является щека вала и, кроме того, место перехода шейки вала к щеке может быть значительно уси­ лено за счет дополнительного наклепа галтелей, осуществляемого путем обкатки или чеканки.

Сварной ротор. Применение специальных сплавов исключает возможность получения качественных отливок или поковок боль­ ших размеров. В связи с этим роторы паровых и газовых турбин

могут быть изготовлены только составными. Изготовление со­ ставных сварных роторов относится к числу значительных до­ стижении современной сварочной техники.

На рис. ІО.7 приведена сварная конструкция ротора компрес­ сора турбореактивного двигателя, которая изготовлена из тита­ нового сплава марки ВТ8 и осуществлена электронно-лучевой сваркой.

Ротор составлен из отдельных штампованных колец, которые соединены между собой односторонними швами. В качестве обратной прокладки при сварке здесь использован посадочный буртик. Скорость сварки кольцевых швов составляла 80— 160 м/ч. Качество сварных швов при электронно-лучевой сварке очень

Рис. 10.7. Схема сварного ротора из титанового сплава

хорошее. По своим показателям прочности и пластичности металл швов при температуре 20—400° С не уступает основному металлу.

Об экономической эффективности применения сварных состав­ ных роторов данного типа вместо роторов, полученных из цель­ ных поковок, свидетельствуют следующие данные. Производи­ тельность труда повысилась в 15 раз. Расход металла на заго­

Рабочее колесо турбины. На рис. 10.8 представлено уникальное по своим размерам и весу сварное рабочее колесо радиально-осе­ вой гидротурбины Красноярской ГЭС. Номинальный диаметр рабочего колеса 7,5 м, максимальный диаметр 8,65 м, его высота 4 м, а общий вес 250 т. Оно состоит из верхнего обода весом 6 8 т, четырнадцати лопастей весом по 8 т каждая и нижнего обода ве­ сом 70 т.

Верхний обод является сварным и выполнен из двух полудисков, имеющих диаметр 7 м и наибольшую толщину 500 мм, отли­ тых из стали марки 20ГСЛ. Диски соединены между собой элек-

Стыки лопастей с верхним ободом осуществлены электрошла­ ковой сваркой. При этом для обеспечения гладкой поверхности сварных швов и плавного перехода от шва к основному металлу применялись специальные медные прокладки, охлаждаемые в процессе сварки проточной водой.

Присоединение лопастей к нижнему ободу осуществлено полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа.

Сварное рабочее колесо проходит полный цикл термической

поковки из низколегированной конструкционной стали марки 40Х, двух дисков 2, изготовленных из листового проката малоуглероди­

ния их с дисками.

Полный крутящий момент, действующий на все кольцевые сечения

Для сварного стыкового шва касательные напряжения будут иметь ту же величину, как и напряжения в диске.

В случае применения соединения впритык (при отсутствии специальных буртиков), но с обеспечением полного провара по всей толщине диска, расчетные напряжения в шве тоже будут равны напряжениям в диске. Одна­ ко при наличии угловых кольцевых швов напряжения в сварных швах могут быть иными. В этом случае

они будут равны

где k — катет углового шва. Напряжения в сварных швах,

соединяющих диск с ободом, имеют меньшую величину, так как они рас­ положены на значительно большем расстоянии от оси вала.

место в мелкосерийном производстве, в условиях, когда изготов­ ление литых конструкций является экономически нерентабель­ ным. Однако за последнее время и при серийном производстве станин, сварные конструкции оказываются более экономичными.