Сделай Сам Свою Работу на 5

Патентный поиск по теме: «Технологии сварки и сварочное оборудование»





Введение

 

Карданный вал - деталь трансмиссии всех заднеприводных и полноприводных автомобилей. Это вал, который передает крутящий момент от коробки передач или раздаточной коробки к редуктору переднего или заднего моста.

 

Карданный вал настолько прост и универсален, что за более, чем сто лет его конструкция практически не изменилась.

 

Свое название карданный вал получил в честь итальянского медика и математика Джироламо Кардано. Он описал принцип работы шарнирного механизма, соединяющего два вращающихся в одну сторону вала. Некоторые историки утверждают, что похожий механизм предлагал еще Леонардо да Винчи. Интересно, что на авторство изобретения на авторство изобретения вместе с Кардано претендовал также англичанин Роберт Хук, но патент он получил позже.

 

В современных карданных валах внедорожников подвижное соединение чаще всего заменяют ШРУСами на обеих концах вала. Валы такой конструкции применены в Chevrolet Niva.

 

В 1898 году Луи Рено одним из первых использовал карданный вал в автомобиле. Простота и эффективность привода способствовали тому, что в начале ХХ века карданные валы стали практически безальтернативным средством привода. На сегодняшний день деталь остается крайне распространенной и используется во всех типах транспортных средств - от мотоциклов Harley Davidson до карьерных самосвалов БелАЗ.



 

Основными преимуществами в работе карданных валов является их способность выдерживать большие нагрузки, что особенно важно для автомобилей с большой массой. Неслучайно все автомобили в кузове лимузин и стретч имеют задний привод. При весе в несколько тонн и мощном двигателе передача крутящего момента карданным валом - наиболее надежный способ.

 

Карданный вал самосвала БелАЗ весит 105 килограммов. Спортивный кардан для BMW из карбона - 1,8 килограмма

 

Основной недостаток - собственный вес кардана, увеличивающий общую массу автомобиля. Необходимость наличия в полу кузова специального тоннеля под кардан уменьшает объем салона, повышает уровень шума и вибраций. Кроме того, карданный вал - достаточно дорогая и сложная деталь.

Целью данной курсовой работы является –изучение технологий сварки карданных валов. Анализ недостатков технологий сварки карданных валов серийных конструкций. Разработка конструкции карданного вала и его элементов для применения технологии сварки дугой управляемой магнитным полем.



 


Литературный обзор по конструкциям карданных валов легковых автомобилей и технологиям сварки

1.1. Обзор конструкций карданных валов

 

Карданные передачи применяются в трансмиссиях автомобилей для силовой связи механизмов, валы которых не соосны или расположены под углом, причем взаимное положение их может меняться в процессе движения. Карданные передачи могут иметь один или несколько карданных шарниров, соединенных карданными валами, и промежуточной опоры. Карданные передачи применяются также для привода вспомогательных механизмов.

К карданным передачам предъявляют следующие требования:

· Передача крутящего момента без создания дополнительных нагрузок в трансмиссии (изгибающих, скручивающих, вибрационных, осевых);

· Возможность передачи крутящего момента с обеспечением равенства угловых скоростей ведущего и ведомого валов независимо от угла между соединяемыми валами;

· Высокий КПД;

· Бесшумность;

· Углы наклона карданных валов должны быть по возможности минимальными, так как при этом карданная передача будет работать с более высоким КПД (однако слишком малые углы могут вызывать эффект бринелления);

· Жесткость карданной передачи надо выбирать с учетом динамических характеристик всех элементов трансмиссии;

· Критические числа оборотов карданной передачи должны быть выше чисел оборотов максимально возможных по условиям эксплуатации.



Элементами карданной передачи являются карданный вал (валы) карданный шарнир (Рис.3), промежуточная опора и упругие муфты. Из этих элементов карданные шарниры, отличаются большим разнообразием конструкций и в набольшей степени влияют на характеристику карданной передачи.

Тип карданной передачи определяется, как её расположением относительно автомобиля, так и типом карданов и наличием или отсутствием компенсирующего устройства.

Карданная передача
открытая
закрытая

 


 

Закрытая карданная передача (Рис.1) применяется для легковых и грузовых автомобилей, в которых реактивный


Рисунок 1 -Закрытая карданная передача

момент в заднем мосту воспринимается трубой, карданная передача размещается

внутри трубы. Иногда эта труба служит для передачи толкающих усилий. Поскольку длина карданного вала в такой конструкции не изменяется при относительных перемещениях кузова и заднего моста, компенсирующее

Рисунок 2 -Открытая карданная передача

соединение в карданной передаче такого типа отсутствует и используется только один карданный шарнир. При этом неравномерность вращения карданного вала в некоторой степени компенсируется его упругостью.

Открытые карданные передачи (Рис.2) применяются для автомобилей в которых реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами. Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее соединение, так как расстояние между шарнирами в процессе движения изменяется.

На длиннобазных автомобилях часто карданная передача состоит из двух валов: промежуточного и главного. Это необходимо в тех случаях, когда применение длинного вала может привести к опасным поперечным колебаниям,в результате совпадения его критической угловой скорости с эксплуатационной. Короткий вал обладает более высокой критической скоростью.

 

Карданный шарнир
полный
полукарданный
жесткий
упругий
Неравных Угловых Скоростей (асинхронный)
Равных Угловых Скоростей (синхронный)
простой
универсальный
шариковый
шиповой
сдвоенный
кулачковый
С делительными канавками
С делительным рычажком
простой
универсальный
R bJ19mDZ3TV032c9APsvLTjDGVeD/PM9Z/nfzct2syyTeJvpWqOQteqwokH1+R9Kx96Hdl8HZaXbe 2pBdGAMY4Wh8XbewI6/v0erlp7D8BQAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAQ42DUN4AAAAHAQAADwAA AGRycy9kb3ducmV2LnhtbEyPwU7DMBBE70j8g7VI3KjTiIYkxKkQAokTghYhcXPjJQmN18F2m8DX s5zgNqsZzbyt1rMdxBF96B0pWC4SEEiNMz21Cl629xc5iBA1GT04QgVfGGBdn55UujRuomc8bmIr uIRCqRV0MY6llKHp0OqwcCMSe+/OWx359K00Xk9cbgeZJkkmre6JFzo94m2HzX5zsAqK7bRyT37/ ernsP9++7z7i+PAYlTo/m2+uQUSc418YfvEZHWpm2rkDmSAGBasiTznKAgTbWXrFr+0U5FkBsq7k f/76BwAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABb Q29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAA AAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAHHmyw02AgAAXAQAAA4AAAAAAAAAAAAA AAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAEONg1DeAAAABwEAAA8AAAAAAAAA AAAAAAAAkAQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAACbBQAAAAA= " o:allowincell="f">
четырехшариковый
Шести- и восьми- шариковый
простой
универсальный

 

 


Рисунок 3 Классификация карданных шарниров

 

Карданные передачи равных угловых скоростей (синхронные), применяют в приводе ведущих и одновременно управляемых колес, угол наклона ведомого вала в зависимости от конструкции шарнира может достигать 450. Некоторые конструкции синхронных шарниров выполняются с компенсирующим устройством внутри механизма, т.е. универсальными. Простые шарниры отличаются от универсальных тем, что компенсация осевого перемещения осуществляется не в них, а в шлицевом соединении.

В основе всех конструкций карданных шарниров равных угловых скоростей (далее ШРУС) лежит единый принцип: точки контакта, через которые передаются окружные силы, находятся в биссекторной плоскости валов.

Конструкции таких ШРУСов разнообразны. Рассмотрим наиболее применяемые.

 

Четырехшариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Вейс»)(Рис.4). Установлен на ряде отечественных автомобилей в приводе управления колес. При движении автомобиль вперед усилие передается одной парой шариков; придвижении задним ходом – другой парой. ШРУС этого типа обеспечивает угол между валами .

 

Канавки в кулаках 2 и 3 нарезаны по дуге окружности радиуса R’. Четыре шарика 6 распологаются на пересечении симметрично расположенных канавок 5 в биссекторной плоскости, что обеспечивает равенство угловых скоростей валов 1 и 4. Шарик 7 центрирующий.
1
2

Рисунок 4 -Карданный шарнир типа "Вейс"

Достоинства:

· Малая трудоемкость изготовления (наименьшая по сравнению с ШРУСами других типов);

· Простота конструкции;

· Высокий КПД, т.к. в нем преобладает трение качения;

Недостатки:

· Передача усилия только двумя шариками при теоретически точечном контакте приводит к возникновению больших контактных напряжений (устанавливается на машины с нагрузкой на ось не выше 25 – 30 кН);

· При работе возникают распорные нагрузки, особенно если центр шарнира не лежит на оси шкворня;

· Долговечность в эксплуатации обычно не превышает 25 – 30 тыс. км.

 

Шестишариковый ШРУС с делительным рычажком (типа «Рцепп»)(Рис.5). Основными элементами этого шарнира являются сферический кулак 4, закрепленный на шлицах вала 5 и сферическая чашка 3, связанная с другим валом 1. На кулаке и на внутренней стороне чашки выфрезерованно по шесть меридиональных канавок полукруглого сечения. В канавках размещено шесть шариков, которые связаны сепаратором 6. При наклоне валов шарики устанавливаются в биссекторной плоскости при помощи делительного рычажка 2, который поворачивает направляющую чашку 7, а вместе с ней и сепаратор. Пружина 8 служит для поджатия делительного рычажка к

гнезду в торце вала 5 при изменении положения рычажка в результате наклона валов. Точность установки шариков в биссекторной плоскости зависит от подбора плеч делительного рычажка. (на схеме рис. в). Карданный шарнир с делительным рычажком допускает максимальный угол g = 370.

Рисунок 5 -Карданный шарнир типа "Рцепп"

Достоинства:

· Так как усилия в этом шарнире передаются шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крут. момента при малых размерах;

· Распорные нагрузки отсутствуют в шарнире, если центр последнего совпадает с осью шкворня;

· Шарнир обладает большой надежностью;

· Высокий КПД;

Недостатки:

· Технологически сложен в изготовлении;

· Все детали его подвергаются токарной и фрезерной обработке с соблюдением строгих допусков, обеспечивающих передачу усилий всеми шариками;

· Высокая стоимость.

 

Шестишариковый карданный шарнир с делительным канавками (типа «Бирфильд»)(Рис.6). На кулаке 4, поверхность которого выполнена по сфере радиуса R1 выфрезеровано шесть канавок. Канавки кулака имеют переменную глубину. Внутренняя поверхность корпуса 1 выполнена по сфере радиуса R2 и также имеет шесть канавок переменной глубины. Сепаратор 3, в котором размещены шарики 2, имеет наружные и внутренние поверхности, выполненные по сфере радиусов соответственно R1 и R2. В положении, когда валы соосны, шарики находятся в плоскости, перпендикулярной осям валов, проходящей через центр шариков.

При наклоне одного из валов 5 на угол g верхний шарик выталкивается из сужающего пространства канавок вправо, а нижний шарик перемещается сепаратором влево. Центры шариков всегда находятся на пересечении осей канавок. Это обеспечивает их расположение в биссекторной плоскости, что является условием синхронного вращения валов.

 

Рисунок 6 -Карданный шарнир типа "Бирфильд"

Достоинства:

· Отсутствие делительного рычажка позволяет этому шарниру работать при угле g = 470;

· КПД при малых углах выше 0,99;

· Ресурс примерно 150 тыс. км. (при условии герметичности резинового защитного чехла);

Недостатки:

· КПД при g = 300 – 0,97;

· Сравнительно большие потери объясняются тем, что наряду с трением качения для него характерно трение скольжения

· Шарнир простой, поэтому требуется компенсирующее устройство.

 

Универсальный шестишариковый карданный шарнир (типа ГНК)(Рис.7). На внутренней поверхности цилиндрического корпуса шарнира нарезаны шесть продольных канавок эллиптического сечения, такие же канавки имеются на сферической поверхности кулака параллельно продольной оси вала. В канавках размещаются шесть «шариков», установленных в сепараторе. Осевое перемещение происходит по продольным канавкам корпуса, причем перемещение карданного шарнира равно рабочей длине канавок корпуса, что влияет на размеры шарнира.

Рисунок 7 -Карданный шарнир типа "ГНК"

Недостатки:

· При осевых перемещения шарики не перекрываются, а скользят, что снижает КПД шарнира.

· Угол до

  Достоинства: · Имеет наименьшие размеры, чем шарниров других типов · Сепаратор не выполняет функции деления угла между валами, он менее нагружен, поэтому требования к точности изготовления меньше. · Шарнир имеет высокий КПД (0,99 при.g = 100)
Универсальный шести шариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Лебро»)(Рис.8). Состоит из цилиндрического корпуса 1 на внутренней поверхности которого под углом (примерно15 - 160) к образующей цилиндра нарезаны шесть прямых канавок; сферического кулака 2 так же с нарезанными на его поверхности шестью канавками и сепаратора 3 с шариками 4, центрируемыми наружной сферической поверхностью по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Шарики устанавливаются в пересечениях канавок, чем обеспечивается синхронность вращения валов, так как шарики, независимо от угла между валами, всегда находятся в биссекторной плоскости.

Рисунок 8 -Карданный шарнир типа "Лебро"

Трехшиповой карданный шарнир (типа «Трипод»). Конструктивно эти шарниры имеют два исполнения: шарниры позволяющие передавать момент при углах g до 430, но не допускающие осевых перемещений (рис.9), и универсальные шарниры, но работающие при сравнительно небольших углах между валами (рис.10).

 
В этом шарнире равенство угловых скоростей валов достигается благодаря изменению положения центра конца вала.

Преимущества:

• Малые потери при осевом перемещении, так как это обеспечивается практически только качением, что определяет высокий КПД.


Рисунок 9

 

 

Рисунок 10

 

 



Сдвоенный шарнир. Эти шарниры могут иметь различные конструкции. Один из вариантов: два шарнира неравных угловых скоростей объединяются общей вилкой. Равенство угловых скоростей должно обеспечиваться делительным рычажком. Однако такое равенство возможно только при равенстве углов g1 = g2, что в данной конструкции не соблюдается точно, т.к. при наклоне вала плечо, связанное с левым валом, остается постоянным, а плечо, связанное с другим валом, увеличивается. Поэтому в сдвоенном шарнире с делительным рычажком синхронное вращение соединяемых валов может быть обеспечено только с некоторым приближением. Коэффициент неравномерности сдвоенного шарнира зависит от угла между валами. Например, при g = 300 коэффициент неравномерности не превышает 1%, что в 30 раз меньше коэффициент неравномерности шарнира неравных угловых скоростей при этом же .

Недостатки:

· Для двойного шарнира на игольчатых подшипниках характерен значительный износ этих подшипников и шипов крестовины. Это объясняется преимущественно прямолинейному движению автомобиль , где иглы подшипников не перекатываются. Вследствие чего поверхности деталей с которыми они соприкасаются подвержены бринеллированию.

 

Кулачковый карданный шарнир(Рис.11 и рис.12). Кулачковые шарниры применяются на автомобилях большой грузоподъемности в приводе к ведущим управляемым колесам. Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания (так же как у сдвоенного карданного шарнира). Благодаря наличию развитых поверхностей взаимодействующих деталей шарнир способен передавать значительный по величине крутящий момент при обеспечении угла между валами 45 - 500.

 

 

Рисунок 11 -Дисковый кулачковый карданный шарнир.

Состоит:1 и 4 две вилки; 2 и 3 два кулака; 5 диск.

Рисунок 12 -«Шарнир Тракта»

Состоит:1 и 4 две вилки; 2 и 3 два фасонных кулака.

КПД кулачковых шарниров ниже, чем КПД других шарниров равных угловых скоростей, так как для их элементов характерно трение скольжения. В эксплуатации наблюдается значительный нагрев, а иногда и задиры деталей шарнира в результате неудовлетворительного подвода смазочного материала к поверхности трения.

 

Упругие полукарданные шарниры (рис.14) устанавливаются главным образом в карданных передачах легковых автомобилей, и в зависимости от конструкции угол наклона вала может быть 8 ¸ 100.

Упругий полукарданный шарнир допускает передачу крутящего момента от одного вала к другому, расположенному под некоторым углом, благодаря деформации упругого звена, связывающего оба вала. Упругое звено может быть резиновым (рис.13),резинотканевым или резиновым, усиленным стальным тросом. В последнем случае полукарданный шарнир может передавать значительный крутящий момент и под несколько большим углом, чем в первых двух случаях.


 

Рисунок 13 -Упругое звено Рисунок 14 -Карданная передача с упругим полукарданным шарниром:

1и3 – фланцы; 2 – втулка; 4 – карданный вал; 5 – центрирующее кольцо.

 

Достоинства:

· Снижение динамических нагрузок при резких изменениях частоты вращения (например, при резком включении сцепления);

· Отсутствие необходимости обслуживания в процессе эксплуатации;

· Благодаря эластичности такой шарнир допускает небольшое осевое перемещение карданного вала.

Недостатки:

· Упругий полукарданный шарнир должен центрироваться, иначе нарушиться балансировка карданного вала

 

Жесткие полукарданные шарниры используют для компенсации неточности монтажа соединяемых механизмов на недостаточно жестком основании. Они допускают угол наклона вала не более 20. В настоящее время на автомобилях применяется крайне редко. Причиной этого являются недостатки, присущие такому шарниру: быстрое изнашивание, трудоемкость изготовления, шум при работе.

 

Карданные шарниры неравных угловых скоростей (асинхронные), имеющие две фиксированные оси качания, используют в карданной передаче при наклоне ведомого вала обычно на угол не более 200. Универсальные шарниры отличаются от простых тем, что в них осевая компенсация осуществляется в самом механизме шарнира, а не в шлицевом соединении.

Типичная конструкция карданного шарнира неравных угловых скоростей является крестовина с игольчатыми подшипниками, размещенными в колпачках.

Применяемые в современных автомобилях карданные шарниры неравных угловых скоростей на игольчатых подшипниках удовлетворяют поставленным требованиям при условии, если шарнир имеет рациональную конструкцию, технология производства строго соблюдается, а игольчатые подшипники надежно смазываются.

Недостатки:

· КПД карданного шарнира зависит от угла g между соединяемыми валами. С увеличением g КПД резко снижается;

· Надежность и долговечность сильно зависят от качества смазки игольчатого подшипника;

· Крестовина карданного шарнира должна строго центрироваться

 

Обзор технологий сварки

Электродуговая сварка.

Одним из самых распространенных методов сварочной технологии является электродуговая сварка.

Рисунок 15 - Схема электродуговой сварки

В данном случае для того, чтобы соединить детали, их кромки расплавляют при помощи электрического дугового разряда. Для использования указанного метода сварки необходимо применять оборудования, вырабатывающие большой ток при небольшом напряжении, при этом одна деталь прикрепляется к зажиму, а к другому зажиму присоединяют электрод. Дуга образуется между электродами, в этом месте получается ионизированная среда.

Электрическая дуга имеет несколько областей:

  • анодная;
  • катодная;
  • столб дуги.

Этому методу присуще то, что в центре газового столба температура достигает 6500-7500°С, это позволяет работать практически с любым металлом или сплавом. На самой детали и на электроде дуга будет иметь уже более низкую температуру – порядка 4000°С.

Сваривание тонких деталей или изделий из легированных, высокоуглеродистых сталей, которые чувствительны к большой температуре и перегреву, проводится дугой, питающейся током обратной полярности, при этом минус подключают не к электроду, а к детали.

Рисунок 16 - Схема электродержателя для аргонно-дуговой сварки: 1 – присадочный пруток; 2 — сопло; 3 — токоведущий мундштук; 4 – корпус; 5 – электрод; 6 – рукоятка; 7 – атмосфера защитного газа; 8 – сварочная дуга; 9 – ванна расплавленного металла; 10 – деталь.

При проведении сварки происходит большое излучение как в ультрафиолетовом, так и в инфракрасном диапазоне, а также выделяется много тепла от соединяемых деталей и самого места сварки.

Мощность дуги будет меняться в зависимости от материалов, которые свариваются, и от используемых защитных газов. Если не использовать специальные защитные средства, то работник может получить травмы органов зрения и кожи.

Во время процесса сварки происходит нагрев электрода, он начинает выпускать свободные электроны, при этом образуются заряженные ионы. Атомы, которые потеряли электроны, являются положительным ионами, а те, что присоединили электроны, отрицательными. В зоне проведения работ газ становится ионизированным, что делает его электропроводным.

Для сварных деталей типа валов, осей и роликов характерным является наличие кольцевых швов, соединяющих отдельные заготовки друг с другом. В зависимости от размеров деталей, материала заготовок и конструктивного оформления сварных соединений методы их сварки могут быть различны. Так, на рис. 17 показан карданный вал автомобиля, свариваемый из трех частей электродуговой сваркой. Шлицованный конец 1 и вилка кардана 3 выполняются горячей штамповкой из стали 40 и 40Х, труба 2 — из стали 35 и 45. Карданные валы диаметром более 40 мм сваривают под флюсом, диаметром 40 мм и менее — в среде СО2.

Рисунок 17 - Карданный вал автомобиля

Сборка осуществляется по посадочным поверхностям механически обработанных заготовок, а для их сварки используют специальные установки. Из-за малой протяженности кольцевых швов производительность таких установок существенно зависит от затрат времени на вспомогательные и установочные операции. С целью их сокращения стараются совмещать операции во времени, выполняя однотипные кольцевые швы несколькими сварочными головками одновременно, и стремятся автоматизировать весь цикл работы. Для подачи изделия под сварочные головки используют четырехпозиционное приспособление, схематически показанное на рис. 18. Собранные карданные валы 1 устанавливают в приспособление на позицию А. При повороте барабана 2 на угол 90° изделие поступает под сварочные головки 4 на позицию Б. При этом одновременно включают привод вращения детали с помощью муфты 3 и питание сварочных головок. После завершения сварки обоих швов барабан сноваповорачивается на 90°, подавая под сварку следующий вал. Весь цикл автоматизирован за исключением установки и съема деталей.

Рисунок 18 – Схема четырехпозиционного приспособления

 

 

Лазерная сварка.

В 1964 г. ученые Н. Басов, А. Прохоров и Ч. Таунс создали оптическую квантовую установку, с помощью которой получили энергию в виде узко направленного лазерного луча.

Используют лазеры таких типов: твердый, газовый, жидкий и полупроводниковый. Лазерная установка состоит из источника света высокой интенсивности, вмонтированного внутри камеры с рубиновым стержнем, в частности с разовым рубином, который состоит из оксида алюминия с добавкой хрома до 0,05%. На концах рубинового стержня параллельные зеркала. Одно зеркало имеет 100%-ную отбивательную способность, второе - менее 100% с отверстием для выхода луча.

Во время работы белый свет высокой интенсивности поглощается рубиновым стержнем, пока не достигнет максимального насыщения. Затем начинается излучения с рубинового стержня коротких импульсов новой энергии в виде красного света через отверстия в частично отражающему зеркале. После каждого излучения энергия в стержне уменьшается и цикл повторяется. Каждый цикл измеряется микросекундами. Волна излучаемого луча может совпадать с падающей волной белого цвета и этим усилить излучение. Такое усиление с помощью принудительного излучения имеет название «лазер».

Для охлаждения лазерной установки используют жидкие газы - азот и гелий. Луч лазера фокусируется оптической линзой в пятно диаметром от 0,01 до 0,1 мм. Плотность тепловой энергии не уменьшается, независимо от того, что находится на пути луча - воздух, инертный газ, стекло, вакуум или другие прозрачные вещества.

В процессе сваривания используют продуктивные установки. Так, для шовного сваривания используют установку “Квант-17”, которая имеет два активных элемента, изготовленных из граната. Продолжительность импульсов - 5 мкс, их частота - 10 Гц. Скорость сваривания зависит от толщины изделий. Так, если диаметр светового луча 0,85 мм и глубина шва 0,1 мм, то скорость сваривания составляет 8,3 мм с-1, а если глубина шва 0,3 мм, то скорость - 5,8 мм с-1. Использование этой установки для герметизации корпусов интегральных микросхем одновременно двумя лучами дает возможность за один час сварить 120 изделий.

Для сваривания изделий большой толщины используют газовые лазеры беспрерывного действия. В автомобильной промышленности СО2-лазерами сваривают детали кузовов, карданного вала. Использование лазеров для сваривания карданного вала увеличивает производительность в 2,3 раза сравнительно с электродуговым способом. Кроме того, уменьшается деформация изделий.

На Московском заводе карданных валов на базе лазера ЛТ1-2 был создан лазерный технологический комплекс для сварки карданных валов. Была отработана технология лазерной сварки карданного вала нахлесточным швом при спиральном проплавлении, что значительно упростило требования к подготовке кромок к сварке. Были разработаны методы ультразвукового контроля качества соединений карданного вала, выполненных лазерной сваркой с вероятностью обнаружения дефектов 95%.

Рисунок 19 - Карданный вал автомобиля.Слева - лазерная сварка, справа - аргонно-дуговая сварка.

Рисунок 20 - Схема лазерной сварки карданных валов. (Обозначения: 1-лазерная технологическая установка ЛТ-1, 2- лазерный луч, 3 - оптическая головка, 4 - отклоняющее зеркало, 5 - фокусирующая линза,6- поток защитного газа, 7- карданный вал, 8 - сварной шов, 9- вилка кардана, 10 - труба кардана, ω- угловая скорость вращения карданного вала, Р - усилие зажатия).

 

Преимуществом лазерной сварки являются:

низкое поглощение изделием тепловой энергии, благодаря чему уменьшается зона термического влияния;

высокая плотность энергии позволяет объединить разнородные металлы;

шов формируется за тысячные доли секунды, что положительно влияет на химический состав свариваемых металлов;

возможность автоматизации процесса сварки.

Широко используется лазерная резка металлов из поддеванием воздуха, кислорода и аргона. Лазером режут низко углеродистые стали толщиной до 10 мм, легированные стали до 6 мм, никелевые сплавы до 5 мм, тантал и ниобий толщиной до 3 мм, а также дерево, стекло, керамику, азбо цемент, резину.

Сварка трением.

Сварка трением - это один из видов сварки плавлением. Этот способ сварки был предложен в 1956 г. слесарем-новатором А. И. Чудаков.

Сварка трением заключается в том, что вследствие трения торца одного из сварных стержней в торец другое место соединения нагревается до пластического состояния. При применении осевого усилия стержни сжимаются и соединяются. Торцы деталей при трении нагреваются до температуры около 1 200 0с (при сварке стали).

Кроме нагрева силы трения разрушают поверхностные пленки оксидов. Для вращения и сжатия свариваемых деталей используют специальные станки, которые по механической схеме напоминают токарные. Одна деталь неподвижна, а другая прижата к первой и вращается. Когда температура в стыке достигает температуры сварки, трения резко прекращается, а осевое усилие возрастает.

Сварка трением используется для соединения труб, стержней, режущего инструмента (сверл, резцов, разверток), деталей из разнородных материалов (алюминия со сталями и др.), а также различных деталей из разнородных материалов (алюминия со сталями и др.), а также различных деталей круглого сечения из стали, чугуна, латуни, меди и алюминия.

Мировой опыт применения сварки трением позволяет сделать вывод, что этот вид сварки - один из наиболее интенсивно развивающихся технологических процессов, особенно в странах с высоким уровнем развития промышленности.

Некоторые примеры применения сварки трением приведены на рис. 21.

Рисунок 21- Примеры применения сварки трением:
а - промежуточный вал коробки передач автомобиля; б - карданный вал тяжёлого грузового автомобиля; в - карданный вал автомобиля «Форд»; г - коническое зубчатое колесо с удлинённой ступицей; д - вал рулевого управления легкового автомобиля; е - гладкие и резьбовые калибры; ж - сталеалюми-ниевый трубчатый переходник диаметром 90 мм с толщиной стенки 4 мм.

Сварка дугой управляемой магнитным полем.

Воздействие магнитного поля па электрическую дугу известно еще с прошлого столетия. Исследованию влияния на дугу магнитного поля посвящено большое число работ. Эти исследования позволили решить ряд практических задач в различных областях техники.

Впервые дуга, вращающаяся между угольными электродами, была использована в печах для плавки металлов, а дуга с вращающимся пятном на цилиндрическом медном катоде в мощьых выпрямителях с газовым дутьем. Сравнительно недавно электрическая дуга, управляемая магнитным полем, была использована для сварки изделий. Автоматическую приварку труб к плоскости выполняли конической дугой, анодное пятно которой перемещалось по сплавляемому торцу трубы, а катодное сосредоточивалось на неилавяшемся электроде.

Неподвижность одного из активных пятен вращающейся дуги существенно ограничивала ее практическое применение для сварки различных видов соединений. Способ сварки электрической дугой с вращающимися в магнитном поле анодным и катодным активными пятнами был предложен Н. Я. Кочановским, Е. С. Федером и С. М. Катлером, разработан и впервые внедрен во Всесоюзном научно-исследовательском институте электросварочного оборудования (ВНИИЗСО).

Основные схемы процесса. Дугу, оба активных пятна которой вращаются, можно возбуждать между свариваемыми частями изделия либо между изделиями и вспомогательным электродом.

Рассмотрим оба случая на примере сварки труб встык. В первом случае (рис. 22) две трубы 1 и Г, подлежащие сварке, и обмотки электромагнитов 2 и 2 располагаются соосно. Обмотки создают магнитные потоки, направленные навстречу друг другу. В результате в зазоре между деталями магнитное поле имеет радиальную составляя.

Рисунок 22 -Схема процесса. Дуга между свариваемыми частями изделия

Дугу возбуждают между торцами деталей. Одна из свариваемых деталей является анодом, вторая катодом. При взаимодействии тока дуги / и радиальной составляющей магнитного поля Вг создается усилие F, приводящее дугу во вращение. Эта сила, направление которой перпендикулярно направлению тока в дуге и направлению магнитного ноля, заставляет дугу перемещаться по поверхности торцов со скоростью, достигающей нескольких десятков метров в секунду. При многократном обходе дуги по торцу трубы разогрев происходит по всему периметру. При наблюдении вращающаяся дуга представляется сплошным кольцом из светящейся плазмы.

При достижении на торцах сварочной температуры производится сдавливание (осадка) аналогично тому, как это делается при контактной сварке. Способ сварки дугой, вращающейся в магнитном поле, с последующей механической осадкой получил название дугоконтактного.

Во втором случае (рис. 23) подлежащие сварке трубы 1 и 1 медное кольцо 2 и обмотка электромагнита 3 располагаются концентрично. Кольцо охлаждается водой, протекающей по каналу 4. Электрическая дуга возбуждается между внутренней поверхностью кольца и кромками свариваемых труб. Ток дуги имеет радиальное направление. Магнитное поле в зазоре между трубами и кольцом направлено аксиально. Взаимодействие радиального тока дуги с аксиальной составляющей поля создает усилие, под воздействием которого дуга приходит во вращение и равномерно разогревает кромки труб.

Рисунок 23 - Схема процесса. Дуга между изделиями и вспомогательным электродом.

Сварное соединение может быть получено либо за счет оплавления кромок по отбор-товке, либо, как и в предыдущем случае, с помощью сдавливания (осадки).

Наибольшее распространение получила дугоконтактная сварка. Для этого • способа подробно разработана технология и выпускается оборудование. Второй способ сварки пока нашел применение в установках для сварки труб с трубными досками.

Особенности процесса возбуждения и горения вращающейся дуги.

Силы, действующие на дугу. При движении в магнитном поле дута оказывается под влиянием различных сил, действующих на столб дуги и его активные пятна. Эти силы можно разделить на движущую силу и силы сопротивления. Движущая сила возникает благодаря взаимодействию тока дуги с радиальной составляющей магнитного поля.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.