2.1. Приемы выполнения заготовительных операций

Литые, кованые и штампованные заготовки, поступающие на сварку, как правило, не требуют дополнительных операций. Детали же из проката после подбора по размерам и маркам сталей направляются на следующие операции: правку, разметку, резку, обработку кромок, гибку и очистку под сварку.

Листовой прокат требует правки в том случае, если производитель нарушает условия поставки, и при транспортировке возникли значительные деформации (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Виды деформаций листовой стали:

а – волнистость; б – серповидность в плоскости; в – местные выпучены; г – заломленные кромки; д – местная погнутость; е – волнистость поперек части листа

Правка осуществляется созданием местной пластической деформации и производится обычно в холодном состоянии.

Для устранения волнистости листов и полос толщиной от 0,5 до 50 мм используются листоправильные вальцы (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема правки в листоправильных вальцах

Исправление достигается многократным пропусканием листа через валки.

Листы малой толщины (менее 0,5 мм) правят растяжением на прессах с помощью приспособлений или на специальных растяжных машинах.

Серповидность листовой и широкополосной стали в ограниченной степени поддается правке. Ее выполняют на многовалковых листоправильных вальцах с выкладыванием прокладок у вогнутой кромки.

Правку профильного проката производят на роликовых машинах, работающих по схеме листоправильных вальцов (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Правка уголка Рис. 2.4. Правка прокатной

в углоправильных вальцах профильной стали (швеллера двутавров)

Для двутавров и швеллеров исправление в плоскости большего момента сопротивления производят изгибом на прессах (рис. 2.4).

При постоянном ходе толкателя 3 задаваемая деформация профиля 2 регулируется изменением расстояния между опорами 1. На таких прессах правят и толстолистовой прокат толщиной более 50 мм.

Разметка. Индивидуальная разметка трудоемка. Наметка по шаблонам более производительна, однако изготовление специальных шаблонов не всегда экономически целесообразно.

Оптический метод позволяет вести разметку без шаблона по чертежу. Имеются разметочно-маркировочные машины с пневмокернером, производящие разметку со скоростью 8–10 м/мин при погрешности ± 1 мм. В этих машинах применяется программное управление.

Без разметки можно обходиться в случае использования приспособлений для мерной резки проката, а также при тепловой резке машинами с фотокопировальной или программной системой управления.

Резка и обработка кромок. Прямолинейные кромки из листов толщиной до 40 мм можно получать с помощью гильотинных ножниц (рис. 2.5).

Верхний нож, опускаясь, производит скалывание металла. Погрешность размера при резке по разметке составляет ± 1,5…2,5 мм. Можно получить прямоугольный рез со скосом под сварку, используя специальные ножницы (рис. 2.6).

Рис. 2.5. Гильотинные ножницы

Рис. 2.6. Специальные ножницы

Листовые заготовки с непрямолинейными кромками толщиной δ = 20…25 мм можно получать с помощью дисковых ножниц (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Дисковые ножницы Рис. 2.8. Дисковые ножи

Для получения листовой заготовки заданной ширины с параллельными кромками дисковые ножи целесообразно располагать попарно на заданном расстоянии друг от друга (рис. 2.8).

При резке на ножницах металл подвергается значительной пластической деформации. Поэтому если кромка попадает в зону сварки в последующем и полностью проплавляется, то дополнительной обработки кромок не требуется. Если кромка остается свободной и работает при переменных нагрузках, то целесообразно удалить слой пластически деформированного металла последующей механической обработкой.

В некоторых случаях применяется резка гладким диском либо за счет трения, либо контактно-дуговым оплавлением.

Производительным является процесс вырубки в штампах.

Разделительная термическая резка менее производительна, чем резка на ножницах, но более универсальна и применяется для получения стальных заготовок разных толщин и конфигураций.

Все более широко применяется плазменно-дуговая резка, позволяющая обрабатывать любые металлы и сплавы. Использование сжатого воздуха в качестве плазмообразующего газа дает экономические и технические преимущества – высокое качество газа и большая скорость резки сталей малой и средней толщины (до 60 мм), недостаток воздушно-плазменной резки – насыщение азотом поверхностного слоя кромок, что приводит к образованию пор при сварке. Для устранения недостатка кромки зачищают стальной щеткой и подвергают механической обработке.

Термическую резку используют и при создании скоса кромок, применяя два резака (при разделительной резке) или три – при двухстороннем скосе. После вырезки детали иногда нужно править.

Применяют лазерную резку. Преимущества – малая ширина реза (доли миллиметров) и возможность резки материала малой толщины (0,05 мм).

Механическую обработку на станках (кромкострогальных и торцефрезерных) производят:

– для обеспечения требуемой точности сборки;

– обработки фасок сложного профиля;

– удаления металла, обрезанного ножницами или термической резкой, когда это считается необходимым.

Гибка производится на листогибочных вальцах (с волнами длиной до 13 м) листовых элементов толщиной до 60 мм для получения деталей цилиндрической или конической формы.

При вальцовке в холодном состоянии отношение радиуса изгиба к толщине листа ограничивают допустимым значением пластической деформации. При гибки в вальцах концевой участок листа остается почти плоским.

Более правильное очертание концевого участка может быть получено либо калибровкой уже сваренной обечайки, либо предварительной подгибкой кромок под прессом или на листогибочных вальцах с толстым подкладным листом, согнутым по заданному контуру. Используют также двухвалковые вальцы с эластичным покрытием нижнего валка.

Листовые элементы со сложной пространственной поверхностью получают на специальных вальцах с валками переменного диаметра.

Для получения элементов оболочек больших размеров применяют штамповку взрывом.

При серийном и массовом производстве для получения элементов с поверхностью сложной формы используют холодную штамповку (для материалов δ до 10 мм). Высокая производительность, точность размеров и формы заготовок и низкая себестоимость возможна путем создания технологических штампосварных изделий.

При холодной гибки профильного проката и труб используют роликогибочные и трубогибочные станки. Если возникают трудности, связанные с нарушением формы поперечного сечения, используют станки гибочные с индукционным нагревом изгибаемой заготовки. Нагретый до 950…1000 ºС деформируемый участок имеет небольшую протяженность, обладает малым сопротивлением пластической деформации, что предотвращает образование гофров в зоне сжатия.

Детали из толстого листового металла получают на гибочных вальцах и на прессах в горячем состоянии.

Гофрирование повышает жесткость листов, его производят штамповкой, а не гибкой, чтобы поперечные кромки листов оставались плоскими.

Для очистки деталей и сварных узлов применяют механические и химические методы. Загрязнения, ржавчина, окалина удаляются с помощью дробеструйных или дробеметных аппаратов, используют и зачистные станки с рабочими органами: металлическими щетками, иглофрезами, шлифовальными кругами и лентами. Чугунная и стальная дробь размером от 0,7 до 4 мм применяется в зависимости от толщины металла.

В дробеструйных аппаратах дробь выбрасывается через сопло сжатым воздухом, в дробемётных аппаратах – лопатками ротора (в них производительность выше и дешевле очистка), но происходит износ лопаток. Очистка в обоих случаях осуществляется в камерах. Для крупногабаритных конструкций в мелкосерийном производстве применяют беспыльные дробеструйные аппараты, и можно обходиться без камеры.

Химическими методами производят обезжиривание и травление поверхности ванным и струйным методом. В первом случае (при ванном методе) детали последовательно опускают в ванны с различными растворами и выдерживают в каждом из них определенное время. Во втором случае последовательная подача растворов различного состава на поверхность деталей производится струйным методом, осуществляя непрерывный процесс очистки.

Химический способ эффективен, однако процесс очистки сточных вод при этом дорогостоящ.

Пассивирование или грунтовка предохраняет металл от коррозии (так же, как и очистка) и позволяет осуществлять сварку без удаления защитного покрытия.

Холодная деформация при изготовлении заготовок сопровождается уменьшением пластичности металла. Поэтому относительное остаточное удлинение δ наиболее деформированных волокон необходимо ограничивать. Например, согласно СНиП18-75 при холодной правке δ ≤ 1 %; при холодной гибке δ ≤ 2 %, что соответствует радиусу изгиба не менее 50 толщин листа при правке и не менее 25 толщин листа при гибке. Поэтому существуют предельные значения искривлений, исправление которых не допускается в холодном состоянии.

В случае необходимости создания более значительных деформаций правку и гибку деталей производят в горячем состоянии (900…1000 ºС) при этом происходят процессы рекристаллизации, и пластические свойства металла не снижаются.

Часто правке на вальцах подвергают сварные заготовки из двух или нескольких листов сваренных стыковыми швами. Для ограничения пластической деформации зоны сварного соединения усиление сварного шва должно быть минимальным. В ряде случаев усиление рекомендуется удалять.

Качество подготовки и сборки заготовок под сварку осуществляют внешним осмотром, который является во многих случаях достаточно информативным, наиболее дешевым и оперативным методом контроля.

Внешнему осмотру подвергают материал, который может браковаться при наличии вмятин, заусенцев, окалины, окислов, ржавчины и т.д. Определяется качество подготовки кромок под сварку и сборки заготовок – чистота кромок, соответствие зазоров допускаемым значениям, правильность разделки кромок. Для этого применяются специальные шаблоны или универсальный инструмент. Строгий контроль заготовок и сборки во многом обеспечивает качество сварки.