Файл: Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей..pdf

специальных образцов из каждой партии (плавки) проката и про­ ведения их испытания. Учитывая, что свариваемость в значитель­ ной мере определяется содержанием в низкоуглеродистой стали углерода и кремния, на КТЗ принята оценка свариваемости по содержанию этих элементов. Опытным путем было определено, что при сварке трещины отсутствуют, если использованы элек­ троды УОНИ 13/45 типа Э42А и Э46А и УОНИ 13/55 типа Э50А и применены стали, содержащие углерод и кремний в %:

Для изготовления блоков используют только «спокойные» сорта сталей; применение «кипящих» сталей недопустимо вслед­ ствие наличия в них растворенных газов (водорода, азота и кисло­ рода), что способствует образованию трещин при сварке и экс­ плуатации изделий в условиях пониженной температуры окру­ жающей среды.

После сварки электродами типа УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55 допускается следующий химический состав металла шва в %: С до

0,13; Si до 0,36; Мп до 0,92, S 0,024—0,5; механические свойства наплавленного металла: ав = 42 кгс/мм2; os 40 кгс/мм2; 6 ^

24%; ак = 14 кгс-см/см2.

При испытаниях используют несколько электродов от каждой партии с целью проверки стабильности химического состава их обмазки.

Механические свойства и химический состав материала штам­ повок или поковок, которые применяют в сварных блоках, должны также отвечать указанным выше требованиям.

ПРИМЕНЕНИЕ СВАРКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННЫХ УЗЛОВ ОСТОВОВ

Широкое внедрение сварки в различных отраслях машино­ строения и связанные с этим многочисленные исследовательские работы значительно способствовали прогрессу и в создании свар­ ных конструкций блоков двигателей.

Однако при применении сварки для остовов дизелей возникает ряд трудностей, таких, например, как выбор рациональной после­ довательности наложения сварных швов для обеспечения мини­ мальной деформации остова.

Расчет деформаций, возникающих при сварке такой сложной конструкции, как блок или рама двигателя, представляет боль­ шие трудности. Деформации приходится определять на основании опыта сварки аналогичных конструкций или первых образцов нового изделия. Поэтому при создании сварной конструкции не­

15

обходимо, чтобы количество швов было минимальным, особенно непрямолинейных, что часто представляет определенные труд­ ности. Одновременно сварные швы должны быть удобными для сварки, так как в противном случае трудно обеспечить их проч­ ность такой же, как прочность основного металла.

Опыт создания на КТЗ сварных блоков форсирован­ ных турбопоршневых двига­ телей (типа 40Д, 11Д45, Д42) показал, что с ростом напря­

имеют превалирующее влия­ ние на усталостную проч­ ность конструкции.

1 — трещина

Характерным примером, подтверждающим это положение, являются трещины, обнаруженные в сварных швах блока двига­ теля Д42 после примерно 500 ч работы. Трещины располагались в соединениях опор коренных подшипников (бугелей) с горизон­ тальной частью лапы блока. При вскрытии трещин и осмотре их изломов было установлено, что излом носит характер усталост­ ного разрушения (рис. 5). Кроме того, были обнаружены поверх­ ностные дефекты сварных швов в виде неполного заполнения раз­ делки кромок элементов соединения, наличие кратеров и подре­ зов по границам шва и т. д. На микрошлифах стыковых и тавро­ вых соединений имелись непровары, поры и т. п. Так как напря­ жение в зоне дефекта, по данным тензометрпрования, не превы­ шало 600 кгс/см2, а расчетный запас прочности составил около 2

16

(сталь 20), можно предположить, что причиной появления тре­ щин являлась высокая концентрация напряжений, вызванная неудовлетворительным качеством швов.

Описанные дефекты были устранены после введения ряда кон­ структивных и технологических изменений. В качестве первого примера можно привести врезное соединение бокового листа и вертикальной силовой стойки (рис. 6). В существующих ранее конструкциях имел место неполный провар в соединении и, кроме того, в нем возникали напряжения от неудовлетворитель­ ного качества сварного шва, особенно в верхней части выхода стойки из бокового листа. Трещины, появляющиеся в этом месте

всварном шве, обычно распространялись на вертикальную стойку.

Вкачестве второго примера можно привести соединения бу­ геля, вертикальной стойки и лапы блока. Из рис. 6 видно, что

зона А соединения является местом пересечения трех швов, а именно: приварки бугеля к стойке (стыковой), приварки стойки к лапе (угловой шов) и приварки бугеля к лапе (стыковой шов

содносторонней разделкой). При этом конструктивном решении весьма трудно было выполнить сварные швы качественными, особенно в зоне А. Конструктивные изменения этого узла позво­ лили улучшить условия сварки и снизить деформации лапы в го­ ризонтальной плоскости от изгибающего момента сил инерции вращающихся масс кривошипно-шатунного механизма. В исход­ ной конструкции блока вследствие наличия повышенных дефор­ маций лап и блока прочность масляной ванны, жестко связанной

сблоком, уменьшалась, а также появлялась течь в местах стыка. Конструктивные изменения заключались в следующем. Лапа блока была выполнена в виде балки коробчатого сечения и при­ варивалась к бугелю с помощью электрошлаковой сварки, шов был смещен в сторону лапы блока, что позволило избежать пере­ сечения трех швов и значительно усилить все соединение. Из-за некоторого увеличения наклона бокового листа ликвидировано прорезное соединение его со стойкой.

Одновременно вводились категории ответственности для всех сварных швов блока с необходимым контролем.

к л а с с и ф и к а ц и я и м етоды КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОСТОВОВ

Опыт создания ответственных сварных конструкций в раз­ личных отраслях машиностроения, а также опыт изготовления напряженных сварных блоков турбопоршневых двигателей позво­ ляют сделать вывод, что обеспечение высокого качества наиболее напряженных и ответственных сварных швов практически невоз­ можно без введения таких методов контроля, как гаммаграфирование и ультразвуковой контроль.

В связи с тем что не все швы блока могут считаться одинаково

2 Е. А. Никитин

каждого шва по качеству с точки зрения допустимых дефектов и способов контроля'. Отнесение швов блока к той или иной кате­ гории производится на основании достаточно приближенного расчета, по результатам опытных исследований с помощью тензометрирования или на основании изучения швов аналогичных конструкций.

К швам I категории относят обычно наиболее нагруженные стыковые швы (например, соединение бугеля с вертикальной си­ ловой стойкой) и некоторые угловые швы (соединение вертикаль­ ных стоек с опорными лапами блока).

К швам II категории относят швы так называемой этажерки блока-каркаса, состоящего из вертикальных стоек с бугелями и горизонтальных плит, несущих опорные пояса для втулок цилиндров.

К швам III категории относят все неответственные швы блока, которые могут иметь непровар. Швы III категории контролируют только внешним осмотром.

На КТЗ приняты следующие требования к швам в зависимости от категории ответственности.

Швы I категории.

1. Непровары, трещины, подрезы по границам шва, кратеры, зашлакованные участки, поры, неполное заполнение разделки кромок не допускать.

2.Выступание шва над плоскостью деталей в стыковых со­ единениях должно быть не более 2 мм, а в наиболее напряженных соединениях выступание шва не допускать.

3.Качество швов проверять рентгеноили гаммаграфнрованием с последующей оценкой путем сравнения снимков со сним­ ками эталонов рентгеноили гаммаграмм швов.

4.Проверке подвергать 100% швов по всей их длине. Дефект­

ные места исправлять по специальной инструкции до термообра­

2.Выступание шва в стыковых соединениях допускать до 3 мм.

3.Проверке подвергать выборочно 50% швов.

Для швов I и II категорий необходимо выполнять кромки опре­ деленной формы под сварку с минимальным притуплением у кро­ мок и обеспечением зазора между свариваемыми деталями.

Полный провар в соединении обеспечивается удалением корня шва с противоположной от места сварки стороны соединения.

Форму разделки под шов выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей, однако там, где это возможно, предпочтение отдают так называемой рюмочной односторонней или двусторон­ ней разделке. Хотя этот вид разделки более сложен по профилю, он имеет ряд преимуществ по сравнению с разделкой с прямым скосом кромок под сварку: уменьшается (особенно для деталей

18

толщиной свыше 16—20 мм) количество наплавляемого металла, что способствует уменьшению тепловых деформаций от разогрева элементов при сварке, и облегчается удаление корня шва.

На рис. 7, а, б показаны сварные соединения I и II категорий: шов между вертикальной силовой стойкой и бугелем и угловое соединение стойки и горизонтальной плиты блока двигателя Д42. В обоих случаях свариваемые элементы устанавливают перед сваркой с зазором для обеспечения провара и минимального коли­ чества шлаков в металле шва. На рис. 7, б видно, что для лучшей передачи усилий от вертикальной стойки сварной шов вытянут в направлении стойки.

благоприятную для распределения силового потока плавную форму. Получение такой формы швов возможно при сварке блока в кантователях.

За рубежом получила распространение сварка наиболее ответ­ ственных швов электродами двух марок, при помощи которых разделка заполняется сначала материалом электрода, обеспечи­ вающего получение шва достаточной прочности. Электрод этой марки аналогичен электродам типа УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55. Последний отделочный проход делают электродом, содержащим в обмазке соединения, увеличивающие жидкотекучесть металла при сварке. В результате получается сварной шов плавной вогну­ той формы с гладкой поверхностью. Подобным образом, в част­ ности, сваривается блок двигателя 12LDA28 фирмы Зульцер.