Інформація про новину
  • Переглядів: 90
  • Дата: 10-05-2021, 23:39
10-05-2021, 23:39

9. Технологія складання нерознімних з’єднань

Категорія: Технологія механоскладальних робіт





Попередня сторінка:  8. Складання рознімних з’єднань
Наступна сторінка:   10. Технологія складання трубопроводів

Зміст

9.1. Загальні дані про нерознімні з’єднання 

9.2. Складання пресових з’єднань із використанням пластичної деформації 

9.3. Складання пресових з’єднань за допомогою механічного впливу 

9.4. Складання пресових з’єднань із використанням теплового впливу 

9.5. Складання пресових з’єднань методом глибокого охолодження 

9.6. З’єднання заформовуванням 

9.7. Клепані з’єднання 

9.8. Клейові з’єднання 

9.9. Паяні з’єднання 

9.10. Паяння газовим полум’ям 

9.11. Зварні з’єднання 

9.12. Газове зварювання 

9.13. Ручне дугове зварювання покритими електродами

9.14. Зварювання в захисних газах 

9.15. Контактне зварювання 

 

9.1. Загальні дані про нерознімні з’єднання

Нерознімтши називають з’єднання, розбирання яких неможливе без руйнування з’єднаних деталей. Вони бувають нерухомі та рухомі.

Нерухомими нерознімними з’єднаннями є зварні, паяні, клейові, заклепувальні, пресові й вальцювальні. Деякі з цих з’єднань можуть бути рухомими, наприклад заклепувальні й вальцювальні. У нерухомих нерознімних з’єднаннях розміщення деталей завжди є незмінним, а в рухомих нерознімних відбувається зміщення деталей одна щодо іншої.

Пресовими називають з’єднання, у яких одна деталь охоплює іншу з натягом. За такого з’єднання деталі не можуть зміщуватися між собою під впливом попередніх навантажень. Натяг залежить від шорсткості поверхонь спряжених деталей. Рекомендована шорсткість Ra = 2,500^-0,63 мкм.

9.2. Складання пресових з’єднань із використанням пластичної деформації

З’єднання шляхом пластичної деформації використовують із деталями, які мають достатню пластичність (сталь, мідь, алюміній та ін.). Для створення пластичної деформації деталь піддають напругам, більшим за їхню границю пружності, але меншим від границі міцності. У пресових з’єднаннях не можна використовувати деталі з таких крихких матеріалів, як чавун, бронза та ін.

Найпоширенішими видами з’єднання деталей із використанням пластичної деформації є розвальцьовування, відбортовування та розкатування.

Розвальцьовування застосовують для з’єднання труб із фланцями й іншими деталями. За цього виду з’єднання натяг створюється завдяки радіальному розширенню труби обертовим роликовим інструментом — вальцівкою. Вальцівки бувають ручні й машинні.

Ручна вальщвка (рис. 9.1, а) складається із сталевого стрижня, на одному кінці якого є конус 1, а на іншому — квадратна головка 4 для захоплення воротком. Стрижень подається вперед пустотілим гвинтом 3, який укручується в корпус. Для розвальцьовування на кінець труби 5 установлюють фланець 6 із канавками в його отворі. Потім у трубу вставляють вальцівку й починають її обертати. Під час обертання ролики 2, які насаджені на конус 1, будуть розвальцьовувати трубу, утискаючи її метал у канавки фланця.

Машинні вальцівки (рис. 9.1, б) приводять у дію переносні пневматичні або електричні машини. Під час обертання стрижня 7 разом із конусом 12 роликам 8 і корпусу 9 передається обертовий рух. Стрижень 7 укручується в корпус і розсуває ролики, допоки гайка 10 не буде дотикатися торцевими зубами до зубів муфти 13, яка підтискається пружиною 14. Характерне потріскування вказує на закінчення процесу розвальцьовування. Натяг пружини 14 регулює гайка 10, яка стопориться контргайкою 11. Для витягування вальцівки їй надають зворотного обертання. Швидкість машинного розвальцьовування становить 15-20 м/хв.

Для розвальцьовування труб використовують також метод «вибухового дроту». Трубу вільно встановлюють у фланець. Усередину труби укладають дріт, з’єднаний із джерелом живлення. Під впливом імпульсу струму великої потужності (напругою 5-10 кВ) дріт з діелектричним покриттям миттєво (за 10-15 мкс) випаровується, утворюючи вибухову хвилю, яка розвальцьовує трубу. Механізація процесу вальцювання підвищує продуктивність праці порівняно з ручним процесом у 8-10 разів.

Кінці труб розвальцьовують і вручну. У цьому випадку гайку 1 (рис. 92, а) установлюють на трубу 2 і затискають у лещатах 3. Оправкою 4 розвальцьовують торець труби та притискають її до гайки 1 (рис. 9.2, б).

Зручніше виконувати розвальцьовування за допомогою гвинтового пристосування (рис. 9.2у в; с. 127). Трубку 6 уставляють в один з отворів (матрицю) між двома паралельними пластинами Зі 4, які закріплюють гвинтами 5 і 7. Пластини укладають у прорізи стола 8 так, щоб трубка 6 містилася під центром 2. Повертаючи гвинт 1 його конусною частиною, розвальцьовують трубку.

Відбортовування — це з’єднання деталей шляхом відгинання кінців труб (бортів) на кут 90° до осі труби для закріплення на них фланців або інших деталей. Відбортовування виконують ручним способом, на пресах і відбортовуваль-них верстатах.

Ручне відбортовування виконують металевими, текстолітовими та дерев’яними молотками на ковадлі за допомогою оправок і розпірних кілець. У разі відбортовування на ковадлі, яке закріплюють у лещатах, удари наносять не прямо по краях, а навскіс, щоб не утворилися тріщини. Операцію виконують поступово за три переходи. Під час першого переходу кромки відгинають на кут 30-45°, під час другого — на 60° і під час третього — на 90°. Борт утворюється внаслідок розтягування металу під ударами молотка (рис. 9.3).

Рекомендовано, щоб не змінився основний діаметр труби, усередину вставляти (запресовувати) розпірне кільир. Фланець туго встановлюють на зовнішню поверхню труби й ударами молотка здійснюють відбортовування.

У разі відбортовування за допомогою оправки (пуансона) 2 і матриці 1 удари наносять молотком або створюють осьовий тиск пуансоном (рис. 9.4).

Розкатування виконують для одержання нерухомих з’єднань тонкостінної трубки (втулки) з корпусом. Втулка, яку запресовують із невеликим натягом, розтискається роликами обертової розкатки до потрібного діаметра. Через пластичну деформацію втулки на спряжених поверхнях проходить активне зчеплення мікро-нерівностей та збільшується міцність посадки. Спочатку роликам надають радіальну подачу, а потім калібрують отвір за постійного розміщення роликів. Частота обертання розкатки становить 90-120 об/хв, тривалість розкатування — 1,2-1,5 хв, зокрема калібрування — 18-20 с. Припуск на розкатування не перевищує 0,04-0,06 мм (для втулок діаметром 50 мм).

9.3. Складання пресових з’єднань за допомогою механічного впливу

Залежно від потрібного зусилля запресовування деталей виконують вручну молотками або на ручних, гідравлічних, пневматичних пресах і домкратах. Уручну запресовують невеликі деталі (штифти, клини, шпонки), користуючись сталевими, мідними, свинцевими, дерев’яними молотками або кувалдами.

Перед запресовуванням деталі уважно оглядають, щоб на них не було гострих кромок з боку запресовуваного кінця, задирок, подряпин та інших дефектів. Придатні деталі промивають, запресовуваний кінець змащують мастилом для зменшення тертя. Як мастило використовують сірчаний молібден — порошок, який наносять на поверхні спряжуваних деталей. Це забезпечує відсутність задирок у разі розбирання пресового з’єднання.

Запресовуючи деталі, спочатку завдають легких ударів, щоб деталь увійшла в отвір без перекосів. Потім збільшують силу ударів, а завершують запресовування різким ударом, щоб деталь щільно сіла на своє місце.

Для запресовування малих деталей використовують молотки із вставними бойками з м’якого металу або пластмаси (рис. 9.5, а). Під час складання та розбирання пресових з’єднань користуються вибивачами (рис. 9.5, б) із змінними наконечниками.

Для запресовування втулок молотками використовують різні оправки (рис. 9.5, в). Хвостовик оправки вводять у втулку й наносять удари по головці оправки. Запресовування виконують за допомогою кільця з м’якого металу. Також застосовують гвинтові пристосування (рис. 9.5, г): для запресовування втулки 9 у корпус 10 закручують гайку 11.

Для запресовування невеликих деталей у важкі корпусні деталі, особливо у важкодоступних місцях, використовують домкрати з ручним (рис. 9.6, а) або пневматичним приводом, гідравлічні (рис. 9.6, б) і гвинтові (рис. 9.6, в) пристосування, які забезпечують плавність і надійність запресовування.

Механізоване запресовування виконують на пресах. Для запресовування та ви-пресовування невеликих деталей (пальців, втулок, валиків, штифтів) використовують ручні преси. Вони бувають гвинтові, рейково-важільні (рис. 9.7, а) та ексцентрикові (рис. 9.7, б).

Пневматичні преси використовують для запресовування деталей із зусиллям від 420 до 3400 кгс/см2 (42-340 МПа).

Гідравлічні преси використовують для запресовування деталей із зусиллям від 3000 до 200 000 кгс/см2 (300-20 000 МПа).

Запресовування спочатку виконують на малій швидкості та з невеликим зусиллям, а наприкінці різко натискають на деталь. Це забезпечує щільність посадки деталі. Коли деталь пройде чверть своєї довжини, її запресовують з більшою швидкістю — 3-5 мм/с.

Для визначення натягів необхідно знати діаметр з’єднання, клас точності й вид пресової посадки. Надто великі натяги спричиняють тріщини, а малі — недостатні для надійного з’єднання деталей.

Перед запресовуванням вимірюють спряжувані поверхні деталей та визначають натяг Н як різницю між дійсними розмірами (діаметрами) вала й отвору відповідно:

Наприклад, якщо діаметр вала становить 50,095 мм, а отвір втулки 50,035 мм, то натяг Н = 50,095 - 50,035 = 0,06 мм.

Зусилля запресовування залежить від довжини спряжуваних поверхонь. Його визначають за формулою:

де Р — зусилля запресовування, кгс;

/ — коефіцієнт тертя (з мащенням становить 0,85 і без мащення — 0,13); d — зовнішній діаметр запресовуваної деталі, мм; р — питомий тиск на спряжуваних поверхнях, кгс/мм2;

L — довжина спряжуваних поверхонь, мм.

Тиск на поверхні спряження, кгс/см2, визначають за формулою:

деН — натяг, см;

С\ і С2 — коефіцієнти, що характеризують відносні діаметри спряжуваних деталей (табл. 9.1);

Е/Е2- модулі пружності матеріалу вала й отвору, кгс/см2 (табл. 9.2).

Таблиця 9.1

Значення коефіцієнтів с1 і С2

Примітка: d0i d — внутрішній та зовнішній діаметри втулки;

Dj і D — внутрішній та зовнішній діаметри маточини (отвори).

Таблиця 9.2

Коефіцієнти лінійного розширення та модулі пружності для різних матеріалів

Товстостінні втулки встановлюють у корпус із щільною посадкою та з додатковим кріпленням (стопорінням). Стопоріння виконують по зовнішньому обводу й по торцю. Для цього просвердлюють глухий отвір, нарізають різьбу й закручують стопорний гвинт.

9.4. Складання пресових з’єднань із використанням теплового впливу

З’єднання деталей із натягом під час нагрівання зовнішньої деталі або охолодження внутрішньої базується на явищі розширення деталей під впливом нагрівання та зменшення їхнього об’єму під час охолодження (див. табл. 9.2; с. 131). Створені при цьому натяги вдвічі більші, ніж у звичайних пресових з’єднаннях, а міцність підвищується втричі. Це відбувається завдяки тому, що нерівності спряжуваних поверхонь не згладжуються, а зчіплюються, збільшуючи міцність з’єднання. Тому немає потреби в додатковому кріпленні деталей.

Складання з тепловим впливом виконують із загальним або місцевим нагріванням зовнішньої деталі. Цей спосіб застосовують для з’єднання деталей великого діаметра та з малою площею поверхні спряження.

Деталі малих і середніх розмірів нагрівають у водяних або масляних ваннах. Для великогабаритних деталей використовують місцеве нагрівання ділянки, яка прилягає до посадочного отвору, газовим полум’ям, електричними спіралями або індуктором струмів високої частоти. Температура нагрівання — від +75 до 400 °С. Загальне підігрівання виконують у печах або горнах. Інтенсивність і тривалість нагрівання встановлюють залежно від потрібного натягу в межах технічних вимог.

Недоліком таких з’єднань є потреба прикладати значні зусилля під час розбирання з’єднань, особливо за великих поверхневих спряжень, і пошкодження спряжуваних поверхонь, що значно знижує міцність після повторного з’єднання деталей. Інколи під час розбирання руйнується одна з деталей.

9.5. Складання пресових з’єднань методом глибокого охолодження

З’єднання деталей методом глибокого охолодження полягає в охолодженні внутрішньої деталі (вала) до температури, достатньої для вільного встановлення її в отвір зовнішньої деталі. Порівняно з іншими методами запресовування цей метод має такі переваги: зменшується деформація запресовуваної деталі, забезпечується висока міцність з’єднання, відсутність задирок і короблення від нагрівання, підвищується продуктивність.

Глибоке охолодження деталей виконують у рідкому азоті (температура -195,8 °С) або у твердій вуглекислоті (температура -78,5 °С). Під час охолодження в рідкому азоті різниця температур деталей досягає —200...215 °С, а у твердій вуглекислоті — майже -100 °С. Для охолодження деталей не використовують рідкий кисень або повітря через їхню вибухонебезпечність.

Для охолодження деталей у рідкому азоті використовують спеціальну посудину з подвійними стінками, кришкою з отвором для виходу газів та отвором для заливання рідини. Між стінками посудини й кришкою розміщують термоізолятор.

Складання методом охолодження виконують у такій послідовності:

• детально очищають спряжувані поверхні від бруду, пилу й мастил;

• перевіряють відсутність задирок та інших нерівностей;

• установлюють упор для правильного запресовування;

• завантажують деталі в посудину за допомогою кліщів;

• у посудину заливають охолоджувальну рідину (рівень рідини має перекривати деталі на 80-100 мм).

Ознакою глибокого охолодження деталі є припинення бурхливого кипіння охолоджувальної рідини. Тонкостінні деталі завтовшки 7-10 мм витримують у рідкому азоті 8-10 хв, завтовшки 20-30 мм — 15-20 хв, завтовшки 40-50 мм — 25-35 хв. Витрати рідкого азоту становлять майже 0,6 л на 1 кг маси зануреної в азот деталі в разі охолодження її до температури -195,8 °С. Якщо температура охолодження деталі є вищою, то для охолодження 1 кг маси деталі на 1 °С необхідно 0,003 л рідкого азоту.

Після охолодження деталі швидко виймають кліщами й установлюють в отвори. Удари по деталі не допускаються через зменшення ударної в’язкості металу й можливість виникнення тріщин.

Для з’єднання деталей з використанням твердої вуглекислоти застосовують спеціальний термос. Щоб покращити тепловіддачу, вуглекислоту поміщають у рідину з нижчою температурою затвердіння (метиловий або денатурований спирт, ацетон). Спочатку в термос заливають розчинник, а потім додають вуглекислоту. Цей метод використовують, коли зовнішня деталь велика й нагрівати її недоцільно, а внутрішня деталь має малі розміри. Недоліком такого з’єднання є зниження ударної в’язкості металу, а після охолодження загартованих деталей натяг у з’єднанні збільшується, тому можлива поява тріщин і руйнування деталей.

Іноді для з’єднання деталей лише охолодження деталі недостатньо. Тоді використовують комбінований метод посадки деталей — нагрівання зовнішньої деталі та охолодження внутрішньої. Цей метод є доцільним, коли великі розміри зовнішньої деталі утруднюють її нагрівання до потрібної температури або коли зміни температури деталей мають бути обмежені.

Складання деталей із нагріванням або охолодженням потребує суворого виконання правил техніки безпеки під час користування нагрівальними й охолоджувальними пристроями та зрідженими газами, які мають вибухові властивості.

9.6. З’єднання заформовуванням

Заформовування — це з’єднання металевих деталей із металами, пластмасами, гумою або склом шляхом занурювання деталі в рідкий або розм’якшений матеріал із наступним затвердінням.

Для заформовування деталі в метал застосовують лиття під тиском. Заформовування деталей у пластмаси виконують у металевих рознімних пресформах, а в гуму — за допомогою сирої гуми з подальшою вулканізацією в спеціальних формах. Заформовування в скло здійснюють обтисканням м’якої скломаси на металевих деталях.

На металевих деталях (арматурі), які запресовують у пластмаси, роблять накатування та канавки для кращого зчеплення арматури з пластмасою. Щоб не виникало осьового зміщення, на металевих деталях передбачають отвори під опорні стрижні.

Заливаючи компаунд, з’єднують деталі в одноразових формах, які виготовляють із картону, гіпсу, пластиліну. Процес затвердіння компаунду триває 10-12 год за температури +20 °С або 4-6 год за нагрівання до температури +100-120 °С. Для підвищення міцності з’єднань додають наповнювачі (залізний порошок, скловолокно) або вводять металеву арматуру.

Деталі, які заливають епоксидними компаундами, знежирюють (промивають в ацетоні, лужних ваннах, відпалюють газовим полум’ям тощо).

9.7. Клепані з’єднання

Клепання — процес утворення нерознімного з’єднання двох або кількох деталей за допомогою заклепок.

Клепані з’єднання широко використовують для виготовлення металевих конструкцій мостів, ферм, рам, балок, а також у літако- й суднобудуванні тощо.

Процес клепання складається з таких основних операцій:

• утворення отвору під заклепку в з’єднуваних деталях свердлінням або пробиванням;

• зенкування гнізда під закладну головку заклепки (у разі клепання заклепками з потайною головкою);

• установлення заклепки в отвір;

• утворення замикальної головки заклепки, тобто власне клепання.

Клепання буває холодне (без нагрівання заклепок) і гаряче (з нагріванням

стрижня заклепки до температури +1000-1100 °С). Для заклепок з діаметром стрижня до 8 мм застосовують лише холодне клепання; якщо діаметр стрижня в межах 8-12 мм — гаряче і холодне; якщо ж діаметр стрижня перевищує 12 мм — лише гаряче клепання.

Утворення замикальної головки може відбуватися за швидкої (ударне клепання) і повільної (пресове клепання) дії сил.

Залежно від інструменту, обладнання, а також способу нанесення ударів або тиску на заклепку розрізняють клепання: ручне ударне, механізоване ударне й пресове.

Заклепка — циліндричний металевий стрижень із головкою певної форми. Головку заклепки, виготовлену разом зі стрижнем, називають закладною, а ту, що утворюється під час клепання, — замикальною.

Залежно від форми головок розрізняють такі види заклепок:

з напівкруглою високою головкою (рис. 9.8, а) — зі стрижнем діаметром 1-36 мм і завдовжки 2-180 мм;

з напівкруглою низькою головкою (рис. 9.8, б) — зі стрижнем діаметром 1-10 мм і завдовжки 4-80 мм;

з напівплоскою головкою (рис. 9.8, в, ліворуч) — зі стрижнем діаметром 2-36 мм і завдовжки 4-180 мм і плоскою (рис. 9.8, в, праворуч)-,

з потайною головкою (рис. 9.8, г) — зі стрижнем діаметром 1-36 мм і завдовжки 2-180 мм;

з напівпотайною головкою (рис. 9.8, ґ) — зі стрижнем діаметром 2-36 мм і завдовжки 3-210 мм.

Заклепки виготовляють із пластичних матеріалів: сталі (Ст2, СтЗ, марок 10 і 15), міді (M3, МТ), латуні (Л63), алюмінієвих сплавів (АМг5П, Д18, АД1); для відповідальних з’єднань — із нержавіючої (Х18Н9Т) або легованої (09Г2) сталі. На вільному кінці стрижня вибухових заклепок (АН-1504), із сердечником (АН-831) та інших (рис. 9.8, д) є заглиблення (камера), заповнена вибуховою речовиною. Від проникнення атмосферної вологи вона захищена шаром лаку. їх виготовляють діаметром 3,5; 4; 5 і 6 мм із дроту марки Д18П завдовжки 6-20 мм.

Вибухові заклепки застосовують тоді, коли неможливо зробити замикальну головку. Для розклепування використовують електричний нагрівач 1 (рис. 9.9). Протягом 2-3 с заклепка нагрівається до температури +130-160 °С і заряд вибухає, розширюючи кінець стрижня.

Під час клепання трубчастими заклепками в отвір установлюють заклепку 1 (рис. 9.10, а) з порожнистим стрижнем (пістоном). Потім спеціальним інструментом (пістонницею) 3 заклепку осаджують, склепувані деталі підтягують одну до одної та розклепують головку 2. Якість розклепування (розвальцювання) залежить від конструкції, форми й розмірів гачка 4 пістонниці, який підбирають за розмірами закладної головки заклепки з урахуванням зусилля натискання.

За іншого способу заклепку закладають в отвір на підтримці й розтягують кінці заклепки ударами молотка по кернеру (рис. 9.10,6).

Заклепковим швом називають місце з’єднання деталей заклепками. Залежно від характеристики й призначення з’єднання, заклепкові шви поділяють на міцні, щільні й міцнощільні.

Міцний шов має кілька рядів заклепок (клепання балок, колон, мостів та інших металевих конструкцій). Щільний шов застосовують для виготовлення герметичних конструкцій із використанням різноманітних прокладок (паперу, тканини,

промащених оліфою або суриком). Міцнощільний шов застосовують під час виготовлення міцного й непроникного для пари, газу, води й інших рідин з’єднання (у парових котлах і різноманітних резервуарах з високим внутрішнім тиском).

Залежно від кількості рядів заклепкові шви бувають однорядні, дворядні й багаторядні, а залежно від розміщення заклепок — паралельні та шахові.

Для ручного клепання застосовують слюсарні молотки з квадратним бойком, підтримки, обтискачі, натягачі й чекали.

Масу молотка вибирають залежно від діаметра заклепки (табл. 9.3).

Таблиця 9.3

Залежність маси молотка від діаметра заклепки

Підтримки є опорою під час розклепування стрижня заклепок. Підтримка має бути в 3-5 разів масивнішою за молоток.

Обтискачі призначені для надання замикальній головці заклепки потрібної форми. На одному кінці обтискач має заглиблення за формою головки заклепки.

Натягач — це бородок з отвором на кінці для осаджування листів.

Чекай — слюсарне зубило з плоскою робочою поверхнею для створення герметичності заклепкового шва.

Кількість, діаметр і довжину заклепок визначають розрахунками. Довжину стрижня заклепки вибирають залежно від товщини склепуваних листів (пакета) і форми замикальної головки.

Для утворення замикальної потайної головки довжину стрижня заклепки (рис. 9.11, а) визначають за формулою:

де L — довжина стрижня, мм;

S — товщина склепуваних листів, мм; d — діаметр заклепки, мм.

Для утворення замикальної напівкруглої головки (рис. 9.11, б) довжина стрижня заклепки:

Відстань від центра заклепки до краю склепуваних листів має становити 1,5d. Діаметр отвору має бути більшим за діаметр заклепки, який визначають за даними табл. 9.4.

Таблиця 9.4

Залежність діаметрів отвору й заклепки

Розрізняють ручне клепання двох видів:

1) з двобічним підходом, коли є вільний доступ до замикальної та закладної головок;

2) з однобічним підходом, коли доступ до замикальної головки неможливий.

Відповідно розрізняють два методи клепання: відкритий (прямий) і закритий

(зворотний).

У разі застосування відкритого (прямого) методу клепання удари молотком наносять по стрижню з боку замикальної головки. Спочатку свердлять отвір під заклепку. Потім в отвір знизу вводять стрижень заклепки й під закладну головку ставлять підтримку 2 (рис. 9.12, а). Склепувані листи ущільнюють за допомогою натягача 1. Потім розклепують стрижень заклепки (рис. 9.12, б). Наприкінці обтискачем 3 остаточно оформлюють замикальну головку (рис. 9.12, в).

Застосовуючи закритий (зворотний) метод клепання, удари молотком наносять по закладній головці заклепки. Цей метод є доцільним, коли доступ до замикальної головки ускладнений. Стрижень заклепки вводять зверху, а підтримку ставлять під стрижень. Молотком б’ють по закладній головці через оправку, формуючи за допомогою підтримки замикальну головку.

Якщо доступу до головки заклепки немає, застосовують однобічне клепання (рис. 9.13, а; с. 138). За цього методу клепання використовують заклепки із загартованим осердям, які вставляють в отвір. Під час забивання осердя в заклепку стрижень розгинається, утворюючи замикальну головку (рис. 9.13, б; с. 138). Уставляючи заклепки з осердям в отвір, захоплюють кінець кліщами й протягують через порожнину стрижня заклепки. Потовщена ділянка осердя розтискає стінки стрижня, випресовуючи

його в отвір, і формує головку. Кінець осердя, що виступає, обрізають.

Для клепання вибуховими заклепками їх

установлюють в отвір і нагрівають електричним нагрівником. Заряд вибухає за температури +150 °С, і кінець стрижня заклепки розширюється, утворюючи замикальну головку (рис. 9.13, в).

Дефекти, які можуть виникнути під час клепання, зображено на рис. 9.14.

Клепання великогабаритних деталей здійснюють за допомогою пневматичних та електричних молотків. Значний обсяг робіт клепання виконують на спеціальних клепальних машинах, пневматичних і гідравлічних пресах. Клепальні машини виготовляють стаціонарними й переносними. Стаціонарні клепальні машини мають дещо більшу продуктивність, але їхнім недоліком є те, що виріб треба переміщувати в міру клепання, а за громіздких конструкцій це потребує обладнання спеціальних конвеєрів і додаткових площ.

9.8. Клейові з’єднання

Склеювання — це процес нерознімного з’єднання деталей за допомогою клеїв.

Клейові з’єднання забезпечують достатню герметичність, водо- й масло-стійкість, високу стійкість проти вібраційних та ударних навантажень. У багатьох випадках склеювання замінює паяння, клепання, зварювання, посадку з натягом.

Клейові з’єднання порівняно з нерознімними з’єднаннями інших видів мають чимало переваг: можливість з’єднання не тільки тонких, а й різнорідних матеріалів (металів і сплавів, пластмас, скла, кераміки), зменшення маси виробу, герметичність з’єднання, атмосферостійкість і стійкість проти корозії клейового шва, зниження вартості виробництва та значне спрощення технології виготовлення виробів.

Недоліками клейових з’єднань є, зокрема, тривалі строки висихання, незначна теплова стійкість (за температури +90 °С їхня міцність різко знижується), схильність до повзучості за тривалої дії великих статичних навантажень, потреба в нагріванні для надання стійкості й герметичності, а також низька міцність на зсув.

Розрізняють стикові та напусткові клейові з’єднання.

Технологічний процес склеювання складається з таких етапів:

• підготовка поверхонь деталей до склеювання (взаємна пригінка);

• очищення поверхонь від пилу й жиру та надання потрібної шорсткості;

• нанесення клею (помазком, шпателем, пульверизатором);

• витримування після нанесення клею (тривалість витримування, залежно від марки клею та матеріалу деталей, коливається від 5 хв до ЗО год і більше);

• затвердіння клею (використовують печі з обігріванням газами, пальники, установки з електронагрівачами, установки струмів високої частоти тощо; температурний режим коливається від +25 до 250 °С і вище);

• контроль якості з’єднання.

Клеї — це колоїдні розчини плівкоутворювальних полімерів, які під час затвердіння здатні утворювати міцні плівки, що добре прилипають до поверхонь різних матеріалів.

Міцність склеювання забезпечується адгезією та когезією.

Адгезія (прилипання) — здатність плівки клею міцно утримуватися на поверхні матеріалів, що склеюються. Адгезія є наслідком дії електростатичних сил, які завжди виникають під час контакту різнорідних тіл.

Когезія — це власне міцність плівки. Робота когезії — це робота, що витрачається на подолання сил зчеплення між частинками всередині однорідного тіла. Міцність склеювання можна підвищити шляхом механічного зчеплення плівки клею з шорсткою поверхнею матеріалу.

До складу клеючих матеріалів входять такі компоненти:

плівкоутворювальна речовина — основа клею, яка визначає адгезійні й коге-зійні властивості клею та основні фізико-механічні характеристики клейового з’єднання;

розчинники — для створення певної в’язкості клею;

пластифікатори — для усунення усадкових явищ у плівці й підвищення її еластичності;

отверджувачі й каталізатори — для переведення плівкоутворювальної речовини в термостабільний стан;

наповнювачі — для зменшення усадки клейової плівки, підвищення міцності склеювання.

Залежно від речовини, що утворює плівку, клеї поділяють на смоляні й гумові.

Смоляні клеї можуть бути термореактивними й термопластичними. Термореактивні смоли (фенолоформальдегідні, епоксидні) дають міцні, теплостійкі плівки. Такі клеї використовують для склеювання силових конструкцій із металів і неметалевих матеріалів. Клеї на основі термопластичних смол (полівінілацетат, акрилат та ін.) мають невисоку міцність, особливо за нагрівання; їх використовують для несилових з’єднань неметалевих матеріалів.

Розрізняють клеючі речовини різних видів.

Фенолополівінілацеталеві композиції — це спиртові розчини феноло-формальдегідної смоли з полівінілбутиралем. їх найширше використовують у клеях БФ. Теплостійкість клейових з’єднань невисока, водостійкість задовільна.

Клей БФ-2 застосовують для склеювання металів, скла, фарфору, бакеліту й текстоліту, для зарівнювання тріщин у невідповідальних місцях чавунних корпусів, зміцнення нерухомих спряжень, кріплення накладок на дисках муфт зчеплення тощо. Його міцність зберігається за нагрівання до температури +80 °С. Він бензо- й маслостійкий, вогнебезпечний, є хорошим діелектриком, захищає склеєні поверхні від корозії. Зберігати клей БФ-2 потрібно в закупореній посудині й оберігати від потрапляння води. У рідкому стані клей наносять на підготовлені поверхні з’єднуваних деталей тонким шаром. Плівка клею сушиться за температури +20-60 °С протягом 50-60 хв. Потім наносять і знову сушать другий шар, за ним — третій. Склеювані деталі з’єднують і сушать за температури +140-150 °С протягом 30-60 хв під тиском 1-2 МПа (10-20 кгс/см2).

Клеї БФ-4 і БФ-6 застосовують для одержання еластичного шва під час з’єднання тканин, гуми та фетру. Порівняно з іншими клеями вони мають невелику міцність.

Клей ВС-10Т застосовують для склеювання деталей, що тривалий час працюють за температури до +300 °С. Він має високу міцність і стійкість проти впливу гасу, мастил і води. Часто цим клеєм прикріплюють накладки до гальмівних колодок автомобілів. Клей наносять у рідкому стані в один-два шари. Після нанесення перший шар сушать за нормальної температури протягом 1 год, а потім наносять другий шар. Після цього деталі з’єднують і сушать за температури +140-180 °С протягом 1-2 год під тиском 50-200 кПа (0,5-2 кгс/см2).

Епоксидні клеї містять епоксидні клейові сполуки, що тверднуть за температури +18-20 °С. Для виготовлення цих сполук до епоксидних смол (ЕД-5, ЕД-6, ЕД-40) додають отверджувач — поліетилен-поліамін (приблизно 10 мас. ч. на 100 мас. ч. епоксидної смоли), дибутилфталат (10-15 мас. ч. на 100 мас. ч. епоксидної смоли) і наповнювач — алюмінієву чи бронзову пудру, сталевий або чавунний порошок, портландцемент, сажу, скловолокно тощо.

Наповнювачі збільшують в’язкість епоксидної сполуки й підвищують міцність клейового шва.

У клеїв на основі епоксидних смол затвердіння відбувається за допомогою отверджувачів без виділення побічних продуктів, що майже не дає усадки в клейовій плівці. Тверднення смоли здійснюється як холодним, так і гарячим способами. До клеїв холодного тверднення належать клеї Л-4, КЛН-1, ВК-16, ЗПО. Епоксидні клеї гарячого тверднення — К-153, ФЛ-4С, ВК-1 — є конструкційними силовими клеями. їх застосовують для склеювання металів, склопластиків і кераміки. Для всіх епоксидних клеїв характерна висока механічна міцність, стійкість проти атмосферного впливу, стійкість проти палива й мінеральних мастил і хороші діелектричні властивості. Однак ці матеріали з часом «старіють». В умовах експлуатації та за тривалого зберігання склеєних виробів настає окрих-чування клею, на швидкість цього процесу впливає температура.

Термостійкі клеї використовують для склеювання різних металів і неметалевих матеріалів, що працюють за високих температур і вібрацій. Наприклад, клеєм ВК-32-200 склеюють деталі, що працюють безперервно до 300 год за температури +200 °С і до 20 год за температури +300 °С. Клей наносять у два шари. Після нанесення першого шару його витримують 15-20 хв за температури +20 °С, другий шар — 15-20 хв за температури +20 °С і 90 хв — за температури +65 °С. Матеріали, з’єднані клеєм ВК-32-200, можуть працювати в інтервалі температур від +60 до 120 °С. Клей бензо-, масло- й водостійкий. Протягом чотирьох місяців матеріали, з’єднані цим клеєм, можуть працювати в умовах, близьких до тропічних (за вологості повітря 90 % і температури +50 °С) без помітного зниження міцності з’єднання.

Термостійкі клеї на основі кремнійорганічних смол застосовують для склеювання металевих і неметалевих матеріалів. Клей ІПЕ-9 утворює шви невеликої міцності, але забезпечує високі термо- й водостійкість, а також герметичність. Його використовують для з’єднання металів, кераміки, гуми й інших матеріалів. З’єднання дуже міцні за температури +300 °С.

Клей БФК-9 застосовують для з’єднання металів із неметалами. Він має високу термостійкість. Клей наносять на обидві поверхні тонким шаром і сушать протягом 1 год за температури +20 °С і 15 хв за температури +60 °С. Потім наносять другий шар і сушать протягом того самого часу.

Поліуретанові клеї можуть бути холодного та гарячого тверднення. До складу клею входять поліефіри, поліізоціанати та наповнювач (цемент). Під час змішування компонентів відбувається хімічна реакція, унаслідок якої клей твердне. Такі клеї токсичні. їм властиві висока вібростійкість і міцність у разі нерівномірного відриву, стійкість проти нафтових палив і мастил. Прикладом поліуретанових клеїв є клеї ПУ-2, ВК-5, ВК-11 і ВК-20, які тривалий час можуть працювати за температури +350-400 °С і короткочасно — за температури +800 °С.

Фенолокремнійорганічні клеї застосовують для склеювання інструментів. Як наповнювач до їхнього складу входять азбест та алюмінієвий порошок. Ці клеї термотривкі, стійкі проти дії води й тропічного клімату, мають високу вібростійкість і міцність. Клеї ВК-18 і ВК-18М можуть працювати за температури +500-600 °С.

Карбінольний клей придатний для з’єднання сталі, чавуну, алюмінію, фарфору, ебоніту та пластмас. Його застосовують для склеювання деталей карбюраторів, акумуляторних банок та інших робіт. Щоб забезпечити міцне склеювання, клей необхідно використати протягом 3-5 год після його приготування. Він може бути рідким або пастоподібним (із наповнювачем). Основою клею є карбінольний сироп, до якого додають перекис бензолу. Склеєні деталі сушать на повітрі протягом доби.

Карбінольний клей бензо- й маслостійкий, не піддається дії кислот і лугів, води, спирту й ацетону. Механічна міцність швів зберігається за температури, що не перевищує +60 °С. Пастоподібний карбінольний клей застосовують переважно для склеювання мармуру, фарфору, пористих матеріалів, для зарівнювання тріщин, отворів тощо. Недоліком таких з’єднань є низька стійкість проти високої температури.

Бакелітовий лак застосовують для наклеювання накладок на диски муфт зчеплення. Це розчин смол в етиловому спирті. Деталі, які склеюють бакелітовим лаком, сушать за температури +140—160 °С. Бакелітовий лак зберігають у закритій посудині за температури не більше +30 °С в темному місці.

Пластмасові й скляні деталі склеюють карбінольним клеєм і бакелітовим лаком.

Гумові клеї — це розчини каучуку або гумових сумішей в органічних розчинниках. їм властива висока еластичність, тому їх використовують для склеювання гуми з гумою або гуми з металами та склом. До складу клеїв гарячої вулканізації входить вулканізуючий агент. Склеювання проводять за температури вулканізації +140-150 °С. З’єднання стає міцним, не поступається міцністю основному матеріалу.

Коли до складу клейової композиції вводять активатори й прискорювачі, отримують самовулканізуючий клей (процес вулканізації проходить за нормальної температури). Для збільшення адгезії в клей додають синтетичні смоли (наприклад, клей 88Н). З’єднання виходить досить міцним. Недоліком клею 88Н є нестійкість плівки до гасу, бензину й мінеральних мастил. Клеї 9М-35Ф, ФЕН-1 мають високу здатність до склеювання, стійкі щодо впливу мастил і палива.

Для з’єднання теплостійких гум на основі кремнійорганічного каучуку з металом застосовують клеї, що містять у своєму складі кремнійорганічні смоли (клей КТ-15, КТ-30). Ці сполуки здатні працювати за температури від -60 до +200-300 °С.

Характеристики деяких смоляних і гумових клеїв наведено в табл. 9.5.

Клеї марок «Ціакрин», ТК-200 виготовлені на основі мономерних ефірів ціано-крилової кислоти. Вони однокомпонентні, не містять розчинника й отверджувача, не потребують прикладання сили. їх використовують для оздоблення металевих виробів.

Композиції на основі поліефірних смол № 1, 2, 3 застосовують для зароблю-вання тріщин і пробоїв, а № 4 — для прискореного тверднення металевих виробів. Для виправляння вм’ятин і нерівностей на поверхнях виробів використовують поліефірну шпаклівку ПЕ-0089.

Таблиця 9.5

Характеристики смоляних і гумових клеїв

Під час скління для герметизації використовують невисихаючі герметики на основі поліізобутилену марки 51-Г6, герметизації отворів і щілин на стиках деталей — 51-17, УН-25, для антикорозійного захисту — БМП-1, для герметизації зварних швів — марки УМ-1.

Герметики та клеї на основі бітуму призначені для поглинання вібрації та шумів. Для захисту виробів від атмосферних опадів, пилу, відпрацьованих газів використовують ущільнювачі із звичайної та пористої гуми, які приклеюють або закріплюють пружинними скобами.

9.9. Паяні з’єднання

Паяння — це технологічний процес одержання нерознімних з’єднань металів нагріванням до розплавлений більш легкоплавкого присаджувального металу припою, що заповнює зазор між з’єднувальними деталями. Основний метал не плавиться, а нагрівається до температури плавлення припою. Ця особливість дає змогу використовувати паяння для з’єднання різних металів.

До переваг паяння належать: незначне нагрівання з’єднуваних частин, що зберігає структуру й механічні властивості металу; чистота з’єднання, яка переважно не потребує подальшої обробки; збереження розмірів і форми деталі; міцність з’єднання.

Сучасні способи дають змогу паяти вуглецеві, леговані й нержавіючі сталі, кольорові метали та їхні сплави, пластмаси.

Недоліком паяння є застосування переважно з’єднань унапуск і використання дефіцитних компонентів (срібло, олово, мідь та ін.).

Розрізняють два основні види паяння: високотемпературне (температура плавлення припою вища за +550 °С) і низькотемпературне (температура плавлення припою нижча за +550 °С).

Паяння проходить завдяки здатності припою змочувати поверхні з’єднуваних деталей та проникати в них з утворенням тонкого шару припою, який забезпечує міцність і щільність паяного з’єднання.

Якість, міцність та експлуатаційна надійність паяного з’єднання насамперед залежать від правильного вибору припою. Не всі метали та сплави можна використовувати як припої.

Припої (табл. 9.6,9.7) випускають у формі дроту, дротиків, смуг, порошкового дроту, порошків і пасти. Мідно-цинкові припої через підвищену крихкість поставляють у формі зерен різної грануляції: А — 0,2-3 мм; Б — 3-5 мм.

Таблиця 9.6

Припої для низькотемпературного паяння

Таблиця 9.7

Припої для високотемпературного паяння

Лудінням називають покривання поверхні виробів тонким шаром припою, а шар, який наносять, — полудою. Лудіння застосовують під час підготовки деталей до паяння, а також для захисту виробів від корозії та окиснення.

Процес лудіння складається з підготовки поверхні, виготовлення полуди та її нанесення на поверхню. Підготовка поверхні до лудіння залежить від вимог, які ставлять до виробу й способу нанесення полуди. Перш ніж покривати поверхню оловом, її обробляють щітками, шліфують, знежирюють і травлять.

Нерівності на виробах видаляють за допомогою шліфування абразивними кругами та шкурками. Хімічне знежирювання поверхонь здійснюють у водному розчині каустичної соди (на 1 л води 10 г соди).

Лудіння виконують двома способами: зануренням у полуду (невеликі вироби) і розтиранням (великі вироби).

Лудіння зануренням здійснюють у чистій металевій посудині, до якої закладають, а потім розплавлюють полуду, насипаючи на поверхню дрібні шматки деревного вугілля для запобігання окисненню. Виріб повільно занурюють у розплавлену полуду й тримають у ній до прогрівання, а потім виймають, швидко обтрушуючи. Залишки полуди знімають, протираючи шматтям, обсипаним порошкоподібним нашатирем. Потім виріб промивають у воді й сушать у тирсі.

Лудіння розтиранням виконують після попереднього нанесення на очищене місце волосяною щіткою або шматтям хлористого цинку. Потім поверхню виробу рівномірно нагрівають до температури плавлення полуди, яку наносять дротиком. Обсипавши шмаття порошкоподібним нашатирем, розтирають ним нагріту поверхню так, щоб полуда розподілялася рівномірно. Після цього в такому самому порядку нагрівають і лудять інші місця.

Флюси (табл. 9.8; 9.9) — хімічно активні речовини, які застосовують для очищення поверхонь деталей від оксидів і забруднень, а також для запобігання утворенню оксидів у процесі паяння, зниження поверхневого натягу припою тощо.

Таблиця 9.8

Флюси для низькотемпературного паяння

Таблиця 9.9

Флюси для високотемпературного паяння

Продовження табл. 9.9

Для нагрівання деталей, які паяють, і роз-плавлення припою використовують паяльні лампи та паяльники.

Паяльні лампи найчастіше використовують під час паяння легкоплавкими припоями, але інколи застосовують і для паяння тугоплавкими припоями з відносно невисокою температурою плавлення (наприклад, срібними). Паяльні лампи працюють на бензині, спирті або гасі. Змійовик у гасових лампах розміщений усередині труби, а в бензинових — зовні.

Паяльна лампа (рис. 9.15) складається із запобіжного стрижня 1, резервуара 2, у який через заливний отвір з кришкою 11 наливають паливо на 3/4 об’єму, щоб залишився повітряний простір 3.

Лампа має бути холодною!

Перед розпалюванням лампи вентиль 10 закривають, наливають у нагрівальну ванночку (чашечку) 4 паливо, запалюють його й підігрівають канали змішувача 5. До моменту повного вигоряння палива в чашечці треба відкачати повітря насосом 12 до резервуара, ледь відкрити вентиль 10 і пали-

во підніметься по каналах змішувача 5, де буде нагріватися й випаровуватися. Надійшовши по трубопроводу в сопло 8, паливо спалахує, концентрується в змішувальній трубі 7 і виходить із труби 6, яка має отвори для надходження свіжого повітря. Полум’я, що виникає, спрямовують на цеглини або кам’яну стінку на відстані 10-15 мм від торця труби 6. Це прискорює нагрівання та випаровування палива й появу синюватого полум’я. Інтенсивність горіння полум’я регулюють вентилем 10. Зверху паяльної лампи розміщений захисний пристрій від вітру 9.

Щоб погасити паяльну лампу, потрібно закрутити регулювальний вентиль і випустити повітря з резервуара, відкрутивши кришку заливного отвору 11.

Неправильна експлуатація паяльної лампи може призвести до нещасного випадку, тому потрібно ретельно дотримуватися таких основних правил:

• заправляти паяльну лампу можна лише тим паливом, на яке вона розрахована;

• зберігати паливо в окремій посудині;

• заправляти паяльну лампу лише в пожежобезпечному місці;

• заливати паливо лише з посудини, обладнаної тонкою зливною трубкою, або через невелику лійку;

• кількість залитого палива не повинна перевищувати 3/4 об’єму резервуара;

• категорично заборонено заправляти гарячу лампу;

• на випадок спалаху палива поблизу робочого місця треба розмістити ящик з піском для гасіння вогню.

Основний інструмент для паяння — паяльник. За способом нагрівання їх поділяють на дві групи: паяльники періодичного (електричні) та безперервного (газові, бензинові) підігрівання. Застосовують також паяльники спеціального призначення: ультразвукові з генератором ультразвукової частоти (УП-21), із дуговим підігріванням, із вібруючими пристроями тощо.

Основне призначення паяльника полягає в нагріванні припою до розплавлення та нанесенні його на з’єднання, прогріванні металу в місці паяння та видаленні залишків розплавленого припою.

Паяльники періодичного підігрівання поділяють накутові, або молоткові (рис. 9.16, а), і прямі, або торцеві (рис. 9.16, б). Це певної форми шматок міді 3, закріплений на сталевому стрижні 2 з дерев’яною рукояткою 1 на кінці.

Паяльники безперервного підігрівання

бувають газові й бензинові.

Газовий паяльник (рис. 9.17) складається з ацетиленокисневого пальника 4, до якого на стрижні 2 за допомогою хомутика 3 прикріплено мідну головку 1. Ніпелі 7 та 8 під

шланги прикріплені до рукоятки 6. Кисень й ацетилен подають по шлангах ніпелів 7 і 8. Подавання до пальника ацетиленокисневої суміші регулюють вентилями 5 і 9. Її на виході із сопла 10 запалюють і полум’я, що утворилося, нагріває робочу частину паяльника.

Бензиновий паяльник (рис. 9.18) має мідну головку 1, яку безперервно підігріває полум’я бензинового пальника 2. Рукоятка 3 одночасно є резервуаром для бензину. Резервуар заповнюють неповністю, залишаючи невеликий вільний простір. Після заповнення резервуара бензином міцно за-кручують вентиль на кінці рукоятки.

Заборонено заповнювати бензином резервуар поблизу вогню!

Електричні паяльники прості й зручні в користуванні. Під час паяння не утворюються шкідливі гази, що роз’їдають полуду на мідному стрижні; нагрівання здійснюється рівномірно за постійної температури, що значно підвищує якість паяння. Час нагрівання становить 2-8 хв. Електропаяльники бувають прямі (рис. 9.19, а) і кутові (рис. 9,19, б).

Технологічний процес паяння складається з таких етапів: підготовка виробу до паяння; підготовка паяльника; розплавлен-ня припою (паяння); охолодження й очищення шва.

Щоб підготувати виріб до паяння, спочатку поверхню очищають від бруду, жирів, продуктів корозії та оксидних плівок, які заважають розтіканню припою і його проникненню в шов. Для цього використовують наждачний папір, напилки, металеві щітки та шліфувальні круги.

Ефективним способом очищення є хімічне знежирення в лужних ваннах із тонко помеленим і розведеним водою до кашкоподібного стану вапном.

Для видалення товстого шару мастила застосовують знежирювання в органічних розчинниках. Як розчинники використовують ацетон, бензол, скипидар, бензин, метиловий та етиловий спирти тощо.

Якщо оксидні плівки не видаляються знежирюванням і перешкоджають утворенню міцного з’єднання припою з металом, застосовують травлення. Його здійснюють зануренням виробів у розчини сірчаної, соляної, фосфорної та інших кислот. Ультразвукове очищення застосовують тоді, коли інші способи не забезпечують потрібну чистоту поверхні. Як очисне середовище використовують органічні розчинники, лужні розчини, гарячу воду, мильний розчин тощо.

Підготовка паяльника полягає в доведенні робочої частини під кутом 30-40° й очищенні її від слідів окалини. Потім обушок паяльника нагрівають до температури +250-300 °С для паяння малих деталей та до температури

+340-400 °С — великих. За нормальне нагрівання паяльника вважають легке почервоніння обушка.

Для розплавлення припою нагрітий паяльник очищають від окалини зануренням у хлорид цинку, набирають із дротика 1-2 краплі припою і проводять паяльником по шматку нашатирю доти, поки кінець паяльника не покриється рівним шаром припою. Потім місце паяння протравлюють. Паяльник накладають на місце спаювання, трохи затримують його на одному місці для прогрівання деталі, потім повільно й рівномірно переміщують по лінії спаювання. При цьому розплавлений припій стікає з паяльника, заповнюючи зазори шва (0,05-0,15 мм). Після завершення паяння зі шва знімають залишки припою та флюсу, виріб промивають і висушують стисненим повітрям.

Паяння м’якими припоями буває кислотне і безкислотне. У разі кислотного паяння як флюс застосовують хлористий цинк або технічну соляну кислоту; для безкислотного — каніфоль, паяльну пасту тощо (які не містять кислот).

Паяння твердими припоями застосовують для виготовлення міцних і термостійких швів. Поверхні підганяють одну до одної обпилюванням, ретельно чистять від бруду, оксидних плівок і жирів механічним або хімічним способом. Підігнані поверхні в місці паяння покривають флюсом, а на місце спаювання накладають припій. Підготовлені деталі нагрівають паяльною лампою або паяльником, додаючи за потреби припій. Потім деталь повільно охолоджують на повітрі (охолоджувати деталь у воді не можна, бо це послабить міцність з’єднання). У міру охолодження спаяні деталі для видалення залишків флюсу після паяння промивають у воді, протирають сухими ганчірками та просушують. Шов зачищають наждачним папером або обпилюють напилком.

Робочі місця, призначені для виконання паяння та лудіння, необхідно обладнувати місцевими витяжними пристроями.

9.10. Паяння газовим полум’ям

Перед паянням деталі очищають від бруду, окалини, оксидів і жиру.

Порошкові флюси насипають тонким шаром на кромки, причому часто застосовують попереднє підігрівання, щоб крупинки флюсу плавилися, прилипали до металу й не здувалися полум’ям пальника їх також наносять на кінець дротика припою. Пасти й розчини наносять помазками або обмочують у них припої.

Під час паяння використовують з’єднання внапуск, стикові, з відбортовкою, втулочні, трубчасті та спеціальні. Зазор між поверхнями деталей має бути мінімальним (табл. 9.10).

Після очищення поверхні деталі лудять і закріплюють у пристосуваннях, установивши потрібний зазор. Використовують нормальне полум’я (з однаковим вмістом горючого газу й кисню). Для мідно-цинкових припоїв використовують полум’я з надлишком кисню.

Потужність полум’я для паяння-, вуглецевої сталі — 100-200 л/год ацетилену на 1 мм товщини, нержавіючої сталі — не більше ніж 70 л/год ацетилену на 1 мм товщини, міді — 150-200 л/год ацетилену на 1 мм товщини, латуні — 100— 120 л/год ацетилену на 1 мм товщини.

Використовуючи гази-замінники, потрібно враховувати коефіцієнт заміни для відповідного газу й витрати кисню.

Таблиця 9.10

Рекомендовані зазори під час паяння металів

Деталі нагрівають факелом полум’я — зоною, що міститься на відстані 20-30 мм від торця мундштука пальника. У цьому випадку не відбувається перегрівання металу. Полум’я завжди направляють на деталь більшої товщини й теплопровідності (у разі паяння різнорідних матеріалів).

Діаметр або ширину припою встановлюють так, щоб його діаметр або площа перерізу дорівнювали від однієї до трьох товщин найтоншого елемента паяних деталей.

Після розплавлення флюсу розплавляють і припій завдяки теплу нагрітих деталей, дотикаючись дротиком припою країв деталі.

Дротик розплавляють його тертям по нагрітій поверхні, з періодичним набиранням флюсу кінцем припою, до заповнення зазору й утворення шва.

Після паяння полум’я відводять убік і деталь повільно охолоджується. Шов очищають від флюсу промиванням у теплій воді, а флюси з бурою — травленням у 10%-му розчині сірчаної кислоти з подальшим промиванням водою та протиранням ганчіркою. За потреби проводять термообробку виробу.

9.11. Зварні з’єднання

Зварювання — це процес отримання нерознімного з’єднання шляхом установлення міжатомних зв’язків між зварюваними частинами під час їхнього місцевого або загального нагрівання, пластичною деформацією або їхньою спільною дією.

Зварним з’єднанням називають нерознімне з’єднання, виконане зварюванням.

Залежно від виду зварні з’єднання бувають стикові, кутові, таврові, унапуск, торцеві й точкові.

Зварні шви за видом зварного з’єднання та геометричними параметрами перерізу шва поділяють на стикові та кутові. Стикові шви використовують для виконання стикових, торцевих і відбортованих з’єднань; кутові шви — у таврових, кутових і з’єднаннях унапуск.

До основних геометричних параметрів зварного шва (рис. 9.20, с. 152) належать: s — товщина зварюваного металу; е — ширина шва; q — підсилення

шва; h — глибина провару; t — товщина шва (t = h + q); Ь — зазор; k — катет кутового шва; р — розрахункова висота кутового шва; а — товщина кутового шва. Зварні шви класифікують (рис. 9.21):

за типом з’єднань — стикові (1), кутові (2), таврові (3), унапуск (4), торцеві (5); за протяжністю — непереривчасті (6), переривчасті (7), переривчасті ланцюгові (8), переривчасті шахові (9);

за кількістю шарів — одношарові (10), багатошарові (11); за формою зовнішньої поверхні — нормальні (12), увігнуті (13), випуклі (14); за відношенням щодо навантажень — робочі стикові (15), кутові (16), флангові (17), лобові (18), комбіновані (19), косі (20), зв’язуючі (21);

за довжиною — короткі, до 300 мм (22), середні, до 1000 мм (23), довгі, понад 1000 мм (24);

за характером виконання — однобічні (25), двобічні (26);

за розташуванням у просторі — нижні (27), горизонтальні (28), вертикальні (29), стельові (ЗО), «у човник» (31);

за конфігурацією — прямолінійні (32), криволінійні, або фігурні (33), кільцеві (34), кільцеві спіральні (35);

за способом утримування зварювальної ванни — у висячому положенні (36), на підкладці (37).

Зварюваність — це придатність матеріалів для виготовлення зварних конструкцій. Зварюваність вважається кращою, коли технологія зварювання є простою, широкі межі режимів зварювання, у швах немає тріщин, пор, неметалевих вкраплень та інших дефектів.

Основні труднощі, які виникають у процесі зварювання сталей:

• схильність до утворення гартованих структур (у сталях із вмістом вуглецю понад 0,22 %), гарячих (із вмістом сірки) і холодних (із вмістом фосфору) тріщин;

• забезпечення достатньої міцності з’єднання.

Ураховуючи труднощі зварювання, сталі за зварюваністю поділяють на чотири групи: добре зварювані сталі, задовільно зварювані сталі, обмежено зварювані сталі й погано зварювані сталі.

9.12. Газове зварювання

Газовим зварюванням називають спосіб з’єднання деталей плавленням, під час якого нагрівання здійснюють теплом високотемпературного газового полум’я.

Для забезпечення процесу газового зварювання необхідні кисень і горючі гази (ацетилен, водень, нафтові гази, природний газ), а також присаджувальні матеріали та за потреби флюси.

Для організації газозварювального поста потрібні: кисневий балон з редуктором; ацетиленовий генератор із запобіжним затвором або ацетиленовий балон з редуктором; гумові рукави (шланги) для подавання кисню та горючого газу в пальник або різак; зварювальні пальники з набором наконечників, для різання — різаки з комплектом мундштуків і пристосувань для різання; присаджувальний дріт для зварювання, паяння та наплавлення; флюси, якщо вони потрібні для зварювання певного металу; зварювальний стіл і пристосування для складання; приладдя для зварювання та різання: окуляри з темним склом, набір ключів, молоток, зубило, сталеві щітки, лінійка, кутник, рисувалка тощо; система вентиляції; протипожежні засоби; відро з водою для охолодження пальників; контейнер для відходів.

Зварювальним полум’ям називають полум’я, що утворюється під час згоряння горючого газу або парів рідини в кисні. Найчастіше використовують ацетиленокисневе полум’я, тому що воно має найвищу температуру (+3150 °С). Полум’я складається з трьох зон: ядра, відновної зони та зони повного згоряння, або факела. Температура ядра становить +1000 °С. Відновна зона має найвищу температуру (+3150 °С) на відстані 3-6 мм від кінця ядра. Цією зоною полум’я здійснюють зварювання. Температура факела становить від +1200 до 2500 °С.

Залежно від співвідношення між киснем і ацетиленом розрізняють три основні види полум’я.

Нормальне полум’я теоретично отримують, коли в пальник на один об’єм кисню надходить один об’єм ацетилену. Його використовують для зварювання сталі.

Окистовальне полум’я утворюється, коли в пальник на один об’єм ацетилену подається понад 1,3 об’єму кисню. Його використовують для зварювання латуні та паяння твердими припоями.

Навуглецьовувальне полум’я утворюється за надлишку ацетилену. Його використовують для зварювання чавуну й для наплавлення твердими сплавами.

На практиці розрізняють два способи зварювання: лівий і правий. Лівий спосіб зварювання проводять справа наліво; полум’я направляють на ще не зварювані кромки, а присаджувальний дріт переміщують попереду полум’я. Цей спосіб використовують для зварювання тонких і легкоплавких металів. Правий спосіб зварювання проводять зліва направо; полум’я спрямовують на зварену ділянку шва, а присаджувальний дріт переміщують за пальником. Тепло розсіюється менше, тому кут розчищання кромок становить не 90°, а 60-70°, що зменшує кількість наплавленого металу та короблення. Правий спосіб доцільно використовувати для зварювання деталей завтовшки понад 5 мм і металів із високою теплопровідністю.

Підготовка деталей до зварювання полягає в очищанні, випрямлянні, розмічанні, різанні та складанні.

Очищання кромок і прилеглої зони (на ширину 20-30 мм з кожного боку) від іржі, фарби, окалини, масла й інших забруднень до металевого блиску здійснюють щітками та полум’ям, а для відповідальних з’єднань застосовують травлення, знежирення та піскоструменеву обробку.

Випрямляння застосовують для деталей, що мають ум’ятини, випини, хвилястість, жолоблення, викривлення тощо. Листовий сортовий прокат випрямляють у холодному стані ручним і машинним способами. Дуже деформований метал випрямляють у гарячому стані. Для випрямляння застосовують молотки, преси та правильні машини.

Складання деталей під зварювання здійснюють такими способами: повне складання виробу з подальшим зварюванням усіх швів; почергове під’єднання деталей до вже звареної частини виробу; попереднє складання та зварювання виробу з окремих вузлів.

Для складання та зварювання використовують різноманітні пристосування: скоби, упори, затискачі, струбцини, прихоплювачі, хомути тощо. Складені деталі з’єднують прихватками. Накладання прихваток необхідне для того, щоб розміщення деталей та зазор між ними були постійними в

процесі зварювання.

Нижні шви зварювати легше, тому що метал під силою земного тяжіння скапує в кратер (заглиблення в металі шва під тиском полум’я) і не витікає із зварювальної ванни.

Вертикальні шви за малої товщини металу зварюють зверху вниз правим способом або лівим способом знизу вверх (рис. 9.22).

Горизонтальні шви (рис. 9.23, а) зварюють правим способом, тримаючи кінець присаджувального дроту зверху, а мундштук знизу.

Стельові шви (рис. 9.23, б, в) зварюють правим способом. Під час зварювання необхідно утримувати розплавлений метал від стікання вниз рухом пальника й тиском газів полум’я.

Газозварювальні роботи потрібно виконувати на відстані не менше 10 м від пересувних генераторів, 5м — від балонів і баків із рідким пальним, 1,5 м — від газопроводу.

9.13. Ручне дугове зварювання покритими електродами

Зварювання покритим електродом — це дугове зварювання із застосуванням електродів із спеціальним покриттям, яке захищає метал від впливу навколишнього середовища.

Для живлення зварювальних процесів (дуги) постійним струмом застосовують зварювальні випрямлячі, перетворювачі й генератори, а змінним струмом — зварювальні трансформатори.

Електричною дугою називають тривалий розряд електричного струму між двома електродами в іонізованій суміші газів і парів металів і компонентів, які входять до складу покриття електродів і флюсів. Залежно від роду струму зварювальна дуга буває постійного та змінного струмів.

За зварювання дугою постійного струму розрізняють пряму та зворотну полярності. Для прямої полярності електрод (катод) необхідно під’єднати до негативної клеми джерела живлення, а виріб (анод) — до позитивної. У цьому разі більше тепла виділятиметься на виробі, тому пряму полярність використовують для зварювання товстих металів. За зворотної полярності катодна й анодна плями поміняються місцями, тобто катодом буде виріб, а анодом — електрод. Цю полярність використовують для зварювання тонких металів, щоб уникнути пропалів, і для високолегованих сталей, щоб зменшити вигоряння легувальних елементів.

Коли зварюють дугою змінного струму, полярність змінюватиметься із частотою 50 Гц, тобто 100 разів за секунду. Під час переходу синусоїди струму через нульове значення дія струму в дузі припиняється, тому дуга змінного струму менш стійка порівняно з дугою постійного струму. Кількість тепла, що виділяється на електроді й виробі, під час зварювання змінним струмом буде однаковою.

Зварювальний пост — це робоче місце зварника, обладнане всім необхідним для виконання зварювальних робіт. Зварювальний пост укомплектовують джерелом живлення (трансформатор, випрямляч), зварювальними кабелями, електродотримачем або пальником, пристосуваннями, інструментами й засобами захисту.

Для захисту очей та шкіри обличчя зварника від променів електричної дуги та бризок розплавленого металу застосовують щитки або маски із спеціальними світлофільтрами.

Електрод — це металевий або неметалевий стрижень, призначений для підведення струму до зварювальної дуги.

Електроди бувають плавкі й неплавкі. Плавкі електроди виготовляють із сталі, чавуну, міді, алюмінію та їхніх сплавів; неплавкі — із вольфраму та його сплавів, вугілля та графіту. Плавкі електроди одночасно є і присаджувальним матеріалом. Неплавкі електроди тільки підводять зварювальний струм до дуги, а присаджувальний метал за потреби подають окремо.

Для ручного дугового зварювання та наплавлення сталей, чавунів, кольорових металів і сплавів використовують покриті електроди. Це металеві стрижні круглого перерізу різного діаметра з нанесеним на них покриттям (обмазкою), які під час зварювання плавляться. Покриття призначене для стабілізації горіння дуги, захисту зварювальної ванни від повітря, легування та розкиснення металу.

Особливо відповідальною операцією з підготовки електродів для зварювання є просушування, яке треба виконувати відповідно до режимів, указаних на етикетках. Просушування проводять в електропечах, які підключають до вентиляції, а за її відсутності — відкривають двері печі, щоб забезпечити видалення утвореної пари.

Режими зварювання — це сукупність різних факторів зварювального процесу, які забезпечують стійке горіння дуги й одержання швів заданих розмірів, форми та якості. До таких факторів належать: діаметр електрода, сила зварювального струму, тип і марка електрода, напруга на зварювальній дузі, рід і полярність зварювального струму, швидкість зварювання, розташування шва в просторі, попереднє підігрівання та наступна термічна обробка.

Запалювання дуги виконують двома способами: 1) впритул — короткочасним дотиком кінця електрода до поверхні виробу й прямим відривом електрода після короткого замикання; 2) чирканням — рухом кінця електрода як сірником.

Стикові з ’єднання без скосу кромок зварюють однобічними швами за товщини металу 4 мм. Листи без скосу кромок завтовшки 4-8 мм зварюють двобічним швом. Метал понад 8 мм зварюють із розчищанням кромок.

Залежно від товщини металу шви виконують одно- й багатошаровими, багато-прохідними. Великий кут розчищання кромок (80-90°) зручніший для зварника, зменшує небезпеку непровару кореня шва, але збільшує об’єм наплавленого металу, а отже, зменшує продуктивність і збільшує деформації виробу. Нормальним вважають кут розчищання 60°, зазор і притуплення кромок становить від 1,5 до 4,0 мм залежно від товщини листів, режимів зварювання та конструкції виробу.

Під час зварювання відповідальних виробів для уникнення непровару застосовують підкладки (сталеві, мідні, графітові, флюсо-керамічні на латексній основі та ін.).

Кутові шви зварюють похилим електродом і «у човник».

Для виготовлення відповідальних виробів застосовують кутові шви з однобічним або двобічним скосом кромок (рис. 9.24). Кромки розчищають під кутом 50+5°.

Зварні шви залежно від їхньої довжини умовно поділяють на три види: короткі — завдовжки до 250 мм, середні — від 250 до 1000 мм, довгі — понад 1000 мм.

Для зварювання металів різної товщини на товстішому листі на ділянці завдовжки 5S (S — товщина тоншого листа) роблять скіс з однієї або двох сторін

до товщини тоншого листа, після чого підго-товлюють кромки.

За розташуванням швів у просторі в момент їхнього виконання розрізняють нижні, горизонтальні, вертикальні та стельові шви.

Нижні шви найзручніші для зварювання, тому що краплі електродного металу під впливом власної маси легко переходять у зварювальну ванну, а також зварнику зручно спостерігати за процесом зварювання.

Вертикальні шви зварюють знизу вверх і зверху вниз. Тому під час вертикального зварювання зварювальний струм зменшують на 10-15 % порівняно зі зварюванням у нижньому положенні, а діаметр електрода не повинен перевищувати 4-5 мм. Щоб метал не витікав із зварювальної ванни, потрібно підтримувати дуже коротку дугу (рис. 925).

Горизонтальні шви (на вертикальній площині) зварювати складніше, ніж вертикальні.

Тому зварювання ведуть короткою дугою та електродами діаметром до 4-5 мм. Сила зварювального струму зменшується на 10-15 % порівняно з нижнім положенням (рис. 9.26).

Стельові шви зварювати найважче. Труднощів можна уникнути, зменшуючи силу зварювального струму на 15-20 % порівняно з нижнім положенням; для цього використовують електроди діаметром до 4 мм. Основною умовою одержання якісного шва є підтримування дуже короткої дуги шляхом періодичних замикань електрода з металом ванни (рис. 9.27).

9.14. Зварювання в захисних газах

Зварювання в захисному газі — це дугове зварювання, за якого у зварювальний простір подають газ (вуглекислий газ, аргон, гелій) для захисту дуги та зварювальної ванни від зовнішнього середовища. Зварювання здійснюють плавкими та неплавкими електродами.

Захисні гази призначені для захисту зварювальної дуги й ванни від шкідливого впливу навколишнього середовища. Як захисні гази використовують інертні й активні гази, а також їхні суміші.

До інертних захисних газів належать аргон і гелій. Вони хімічно не взаємодіють із металом і не розчиняються в ньому та забезпечують захист дуги й металу шва від повітря.

До активних захисних газів належать вуглекислий газ, азот, водень та ін. Вони хімічно взаємодіють із зварюваним матеріалом і розчиняються в ньому.

Під час використання вуглекислоти можуть виникнути перепади тиску, що призводить до утворення «сухого льоду». Для запобігання цьому явищу між балоном і редуктором установлюють підігрівач.

Зварювання неплавким (вольфрамовим) електродом (рис. 9.28) здійснюють на постійному струмі прямої полярності. Це забезпечує стабільність зварювальної дуги, незначні витрати вольфрамового електрода та можливість зварювання на великих струмах. Дуга зворотної полярності добре очищає поверхню металу, який зварюється, від оксидів і забруднень. Змінний струм використовують для зварювання алюмінію, магнію, берилію та їхніх сплавів. Він руйнує оксидні плівки, що утворюються на поверхні цих металів.

Зварювання плавким електродом на постійному струмі зворотної полярності забезпечує високу стабільність зварювальної дуги.

Установки для напівавтоматичного зварювання (рис. 9.29) складаються з балона з редуктором, механізму подачі електродного дроту, газопідвідного шланга, пальника (електродотримача) і джерела живлення.

Відстань між мундштуком пальника та поверхнею металу має становити 8-10 мм.

Перед початком зварювання потрібно включити газ і зачекати кілька секунд, щоб із шлангів повністю вийшло повітря. Потім обдути місце зварювання захисним газом. Наприкінці процесу заварюють кратер, виключають подачу дроту та зварювальний струм, на 1-2 с затримують пальник над кратером, щоб захистити метал зварювальної ванни від окиснення, а потім забирають пальник від місця зварювання.

9.15. Контактне зварювання

Контактне зварювання — основний вид зварювання термомеханічного класу, за якого нагрівання металу проходить унаслідок виділення тепла в зоні контакту зварюваних деталей під час пропускання крізь них високого зварювального струму. Під час проходження струму в місці дотику деталей виникає високий електричний опір і виділяється тепло, яке нагріває метал до пластичного стану. Після цього деталі стискають і утворюється нерознімне з’єднання. Способами контактного зварювання є стикове, точкове й шовне (рис. 930).

Під час стикового зварювання (рис. 9.30, а) деталі закріплюють у затискачах і пропускають струм від трансформатора, зближуючи кінці деталей. У площині дотику деталі швидко нагріваються до зварювальної температури. Струм вимикають, а деталі стискають. Цим способом зварюють рейки, труби, стрижні, свердла, ланцюги, різці тощо.

Є два способи стикового зварювання: 1) зварювання опором, за якого торці деталей нагрівають до пластичного стану, а потім стискають; 2) зварювання оплавленням, коли поверхні торців доводять до стану плавлення, після чого їх стискають. Розрізняють зварювання безперервним і перервним (імпульсним) оплавленням, а також оплавленням із підігріванням.

Для захисту металу від взаємодії з газами під час стикового зварювання хімічно активних металів використовують захисні інертні гази. Проблемою стикового зварювання є потреба у видаленні задирок — металу, що видавлюється внаслідок стиснення. їх зачищають уручну або механічним способом одразу після зварювання.

Під час точкового зварювання (рис. 9.30, б; с. 159) листи з’єднують унапуск і затискають між мідними електродами, через які пропускають струм від трансформатора. Метал у точці дотику дуже нагрівається внаслідок підвищення опору під час проходження струму (0,01-0,5 с). Потім струм вимикають і деталі стискають за допомогою спеціального механізму.

Для виготовлення багатьох конструкцій (вагонів, кузовів автомобілів та ін.) використовують різні способи точкового зварювання -.рельєфне (пресове), автоматичне багатоточкове, однобічне точкове тощо.

Точкове зварювання проводять на м’яких і жорстких режимах. Для м’якого режиму характерні відносно мала густина струму (70-160 А/мм2), велика тривалість циклу (0,5-3 с) за порівняно низького тиску (15-40 МПа); за жорсткого режиму густина струму становить 160-360 А/мм2, тривалість зварювання — 0,2-1,5 с і тиск — до 150 МПа. М’які режими застосовують для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей, а жорсткі — для корозієстійких сталей, алюмінію та мідних сплавів.

Шовне зварювання (рис. 9.30, в; с. 159) здійснюють на шовних зварювальних машинах, де замість стрижневих електродів використовують ролики. Під час зварювання листів утворюється суцільний шов. За допомогою дискових роликів передається зусилля до деталей, подається струм і переміщуються деталі.

Використовують такі способи шовного зварювання: безперервне, перервне з безперервним обертанням роликів, перервне з періодичним обертанням роликів. Шовне зварювання застосовують під час виготовлення місткостей з товщиною стінки 0,3-3 мм, де необхідна герметичність швів.

Для контактного зварювання використовують спеціальні машини, які складаються із зварювального трансформатора, переривача зварювального струму, регулятора струму первинного кола трансформатора, струмопідвідних пристроїв, а також механізмів для створення потрібного тиску під час стискання деталей.

Запитання та завдання

1. Які з’єднання називають нєрознімними?

2. Охарактеризуйте технологію складання пресових з’єднань із використанням пластичної деформації.

3. Як складають пресові з’єднання за допомогою механічного впливу?

4. Назвіть способи запресовування деталей.

5. Як складають пресові з’єднання з тепловим впливом?

6. У чому полягає складання пресовихз’єднань методом глибокого охолодження?

7. Назвіть особливості з’єднання заформовуванням.

8. Що називають паянням?

9. Які є види припоїв?

10. Що таке лудіння?

11. Як здійснюють паяння?

12. Яка технологія складання деталей за допомогою клеїв?

13. Охарактеризуйте види клеїв.

14. Як виконують з'єднання за допомогою заклепок?

15. Як визначити довжину стрижня заклепки для заклепування?

16. Назвіть види заклепок.

17. Назвіть види джерел живлення постійного струму.

 

 

Це матеріал з підручника ехнологія механоскладальних робіт" Гуменюк 2020

 



Попередня сторінка:  8. Складання рознімних з’єднань
Наступна сторінка:   10. Технологія складання трубопроводів



^