Сварочный подогрев

Подогрев сварочной зоны в процессе сварки необходим для предотвращения холодных трещин (см. 11.4.1). Они могут возникать из-за закалочных напряжений, так как при быстром охлаждении от температур сварочного нагрева сталь может приобрести структуру мартенсита, а также под действием остаточных термических напряжений, возникающих в сварном шве и прилегающей к нему зоне. Подогрев необходим для сталей с ограниченной и плохой свариваемостью (см. 11.4.1 и рис. 11.12). Его осуществляют с помощью газовых горелок, при этом нагревают зону шва и околошовную зону. Температура подогрева – 150...200 °С для низколегированных сталей и 300...400 °С для высоколегированных (например, хромованадиевых) сталей.

Сборка соединений с натягом

Термические операции нагрев и (или) охлаждение используют при сборочных операциях для осуществления посадок с натягом. Эти посадки применяют для соединения сопряженных деталей, неподвижных друг относительно друга (неразборных) в процессе эксплуатации. Натяг достигается при сборке, если диаметр отверстия охватывающей детали гарантированно меньше, чем наружный диаметр охватываемой детали (D < d, рис. 15.5). Прочность соединения обеспечивается упругой деформацией сопряженных деталей, возникающей при сборке. Упругие деформации в сопряженном участке соединения возникают за счет изменения посадочных диаметров деталей – внутренний диаметр втулки увеличивается на величину AD/2, наружный диаметр вала уменьшается на Δd/2.

Рис. 15.5. Соединение с натягом (схема)

Наиболее распространенные технологии сборки – запрессовка одной детали в другую (прессовая посадка) или нагрев охватывающей детали (горячая посадка). Запрессовку используют для посадок с минимальным натягом (посадка Н7/р6), для посадок с умеренным гарантированным натягом (Н7/г6, H8/s7 и др.) применяют или запрессовку, или нагрев. Соединения с большим гарантированным натягом (например, Н8/u8) осуществляют, нагревая охватывающую деталь (возможны также охлаждение охватываемой детали или одновременно применяемые и нагрев, и охлаждение).

Температуры нагрева втулки () и охлаждения вала () рассчитывают по следующим уравнениям:

где tц – температуры цеха [°С]; – максимально возможный натяг [мм]; – сборочный зазор, необходимый для соединения нагретой втулки с валом (~ 0,2 мм);– коэффициент линейного расширения [1/°С].

При нагреве за счет увеличения межатомного расстояния происходит расширение металла, диаметр посадочного отверстия втулки увеличивается от D до . Нагрев должен обеспечить возможность свободно "одеть" втулку на вал, т.е. должно соблюдаться условие. После охлаждения соединение диаметра в тулки уменьшается, втулка зажимает вал, осуществляя посадку с натягом.

Приведем расчет температуры нагрева для осуществления сборки деталей с большим гарантированным натягом – посадка H7/s7 для d = 50 мм.

Для данного номинального размера (50 мм) квалитета точности (7) поля допусков следующие: отверстия 50+0,030; вала Nmax = 50,068 – 50,0 = 0,068 [мм]; примем [мм] на сто́рону;

для стали 45; 1 °С;

тогда:

Температуру нагрева втулки можно снизить, если для соединения деталей использовать не только нагрев втулки, но и охлаждение вала.

Посадки с натягом обеспечивают высокую точность центрирования. Этим пользуются для осуществления зажима режущего инструмента в специальных патронах с "термическим" зажимом. Поскольку конструкция должна быть разборной для осуществления смены инструмента, такой зажим может быть использован только для твердосплавного инструмента (с твердосплавным, а не стальным хвостовиком). Твердосплавный инструмент легко извлекается из патрона при нагреве, тогда как нагрев практически не облегчает извлечения из патрона инструмента со стальным хвостовиком. Это объясняется разницей коэффициентов линейного расширения (α) сталей и твердых сплавов. Его значения (α•106[1/°С|) составляют: 12,4 для стали 45 (материал корпуса и хвостовика сварного инструмента); 11,3 для стали Р18 и в два раза меньше – 5 и 6 для сплавов ВК8 и Т15К6 соответственно. Это означает, что при нагреве корпус расширяется больше, чем твердосплавный хвостовик, и инструмент легко извлекается из патрона.