Технологічні вимоги до зварних авіаційним конструкціям

Аналіз сучасних технологічних процесів показує, що для створення високотехнологічної конструкції вироби необхідно використовувати найбільш економічні і продуктивні методи виготовлення. Однак повне і всебічне використання існуючих прогресивних технологічних методів і процесів можливо тільки при дотриманні ряду додаткових вимог. Наприклад, нераціонально використання автоматичних ліній для обробки малих серій деталей, в той час як для деталей масового виробництва застосування автоматичних ліній є одним з правильних рішень.

У зв'язку з цим при проектуванні конструкцій і відпрацювання їх технологічності необхідно враховувати ряд міркувань, а саме:

1. Технологічність конструкцій в значній мірі залежить від масштабу випуску і від типу виробництва. Конструкція, високотехнологічна для одного масштабу випуску, може виявитися нетехнологічною для іншого масштабу.

2. Технологічність окремих деталей і вузлів повинна бути ув'язана з усім виробом в цілому. Поліпшення їх технологічності без взаємозв'язку з технологічністю всього вироби може викликати необхідність проведення змін, які погіршать всю конструкцію.

3. Технологічність конструкцій необхідно розглядати як комплексне завдання, враховує вимоги до всіх елементів виробничого процесу, починаючи від виготовлення заготовок деталей і закінчуючи складанням і випробуванням готового виробу. Виробництво виробів складається з великої кількості різноманітних технологічних процесів. Їх зв'язку та взаємний вплив в більшості випадків неоднакові і неоднозначні, і тільки комплексний розгляд їх може забезпечити оптимальне рішення, що дає найбільшу економічну ефективність від технологічної відпрацювання конструкцій.

4. При відпрацюванні технологічності вироби необхідно виходити, в першу чергу, з обліку передового досвіду і найбільш високого технічного рівня, досягнутого в даній галузі виробництва.

При проектуванні зварних або паяних конструкцій необхідно враховувати технологічні особливості різних видів зварювання і пайки, правильно вибирати матеріал і, особливо поєднання матеріалів, правильно спроектувати зварне або паяні з'єднання, щоб забезпечити можливість найбільшою автоматизації процесу і застосування стандартного устаткування при високій якості зварювання або пайки.

Можна намітити цілий ряд основних питань, які потрібно вирішувати при створенні технологічних зварних і паяних конструкцій.

1. Вибір матеріалу, що відрізняється найбільш гарну зварюваність (або паяемости).

2. Вибір способу з'єднання (виду зварювання, пайки) відповідно до призначення, формою і розмірами конструкції.

3. Вибір місць експлуатаційних і технологічних роз'ємів.

4. Забезпечення в конструкціях зручного підходу при зварюванні і пайку, а також можливість контролю місць з'єднань.

5. Вибір типу зварних або паяних з'єднань.

6. Призначення розташування і характеру з'єднань, що забезпечують максимальне використання автоматизованих методоз зварювання або високопродуктивних методів пайки.

7. Нормалізація товщини матеріалів, що з'єднуються, розмірів швів, параметрів з'єднань і т. Д..

Вирішення цих питань повинно визначатися в кожному випадку конкретними умовами і має випливати з ретельного аналізу всього складного комплексу умов виробництва зварних і паяних конструкцій.

Нижче наведені приклади деяких конструктивних рішень зварних і паяних з'єднань, стосовно до виробів різних груп.

Для виробів першої групи при з'єднанні набору жорсткості з штампованих елементів з тонкостінними елементами з листа рекомендується точкова або роликовий зварювання як найбільш продуктивний спосіб з'єднання. Застосування дугового зварювання в цих випадках не завжди можливо в зв'язку з значним викривленням тонкостінних деталей.

Найбільш раціонально зварювати конструкції з прямими швами великої протяжності. При цьому спрощуються методи і засоби механізації, різко знижується трудомісткість допоміжних операцій. Не виключається поєднання в одному вузлі точкової і роликового зварювання з іншими способами з'єднань, в тому числі і з клепкою.

Найбільш технологічними є вузли відкритого типу, які можна зварювати електродами простої геометричної форми. Менш технологічні вузли напіввідчиненого і закритого типу, так як для їх зварювання потрібні фігурні електроди і складні пристосування, що пов'язано з значними витратами часу, праці і матеріалів. На рис. 5 представлені деякі широко використовувані технологічні рішення вузлів зварних конструкцій, що виконуються точкової і роликовій зварюванням.

При виготовленні несучих конструкцій нервюри поділяють на дві частини, а потім після приварки кожної частини до обводу зварюють між собою внахлестку (рис. 5 а). Цим вдається компенсувати неточність виготовлення і зварювання нервюр і забезпечити гладку поверхню несучих листів.

Технологічність конструкції залежить також від розташування зварних з'єднань. Так, на рис. 2 б показані варіанти розташування жорсткостей у напівзакритому посудині. При розташуванні за першою схемою з'єднання відкрито і зручно для спостереження під час зварювання. За другою схемою з'єднання менш доступно і його виконання утруднено. При з'єднанні тонкостенного елемента з товстостінним слід зменшувати товщину останнього в місці з'єднання. На рис. 2 в наведено приклад роликового зварювання тонкостенного гофра з масивним фланцем.



Мал. 1. З'єднання, що виконуються точкового контактного зварюванням:
а - відкритого типу, б - напівзакритого типу



Мал. 2. Приклади технологічних конструкцій зварних вузлів, виконуваних контактним зварюванням, ТЕС і РЕМ

При роликового зварювання великогабаритних виробів (рис. 2 г) Для зручності підходу ролика зі стандартною консоллю до місця зварювання обичайки з днищем в стінці днища передбачається спеціальне технологічне отвір, яке після роликового зварювання закривається заглушкою і заварюється аргоно-дугового зварювання.

При точковому зварюванні перегородок в ємностях товщина обичайок повинна бути більше товщини стінки перегородки (рис. 2 д). В іншому випадку при руйнуванні з'єднання вирив точки відбувається в обечайке і супроводжується витіканням рідини.



Мал. 3. Приклади технологічних і нетехнологічних конструкцій зварних вузлів, виконуваних зварюванням плавленням

У зварних вузлах, виконуваних зварюванням плавленням, найбільш технологічними є стикові з'єднання (рис. 3 а). При цьому потрібно прагнути автоматизувати зварювання. У з'єднаннях, виконаних внахлестку або з подвійною отбортовкой (рис. 3 б), збільшується концентрація напружень, знижується міцність і не може контролю. Розташування шва проти бурту або поруч з виступаючою частиною деталі (рис. 3 в) ускладнює зварювання і рент-геноконтроль, збільшує концентрацію напружень.

При з'єднанні декількох обичайок кільцевими швами необхідно поздовжні шви розташовувати не по одній лінії, а зі зміщенням один щодо одного (рис. 3 г). При цьому вдається знизити концентрацію напружень і різко підвищити працездатність вироби.

Конструктивні форми паяних з'єднань визначаються особливостями роботи таких з'єднань і технологією їх виконання. Вони відрізняються від нероз'ємних зварних з'єднань і тому не рекомендується при проектуванні паяних з'єднань копіювати з'єднання, що застосовуються при зварюванні. У той час як основним типом зварних з'єднань є стикові, паяні з'єднання встик має найменшу з'єднується площа, тому воно застосовується при нежорстких умовах роботи і до нього не пред'являється високих вимог по міцності і герметичності.



Мал. 4. Характер рекомендованих і не рекомендованих паяних з'єднань

Для збільшення соединяемой площі можна застосовувати скошені з'єднання. Особливо такі сполуки доцільні у випадках, коли отримана соединяемая площа буде не менше трикратної площі поперечного перерізу деталей, що з'єднуються. Зазвичай з'єднання вскос рекомендується застосовувати при пайку деталей товщиною понад 1 мм. Однак скошені з'єднання більш трудомісткі в підготовці і виконанні самої пайки.

У всіх випадках, де можливо, в паяних конструкціях перевагу слід віддавати з'єднанням внахлестку. Стикові і скошені паяні з'єднання застосовуються лише в тому разі, коли з'єднання внахлестку виконати не можна, внаслідок обмеженої площі.

 При з'єднанні внахлестку площа перекриття можна змінювати так, що одержана підключення буде не поступатися за міцністю основного металу, незважаючи на більш низьку, як правило, Питому міцність застосовуваних припоїв.

Для отримання равнопрочного паяного з'єднання внахлестку рекомендується зазвичай, щоб величина перекриття в з'єднанні була не менше трикратної товщини найбільш тонкого з елементів, що з'єднуються.

При проектуванні герметичних паяних конструкцій рекомендуються тільки з'єднання внахлестку або скошені. Такі сполуки не тільки забезпечують високу міцність, але завдяки більшій соединяемой площі дозволяють легше домогтися їх непроникності.

При проектуванні паяних з'єднань не слід робити в з'єднуються деталях виточок, фасок, галтелей, так як це може привести до появи непропаев (рис. 5 а, б. В. Ж).



Мал. 5. Приклади технологічних і нетехнологічних конструкцій паяних вузлів

У паяних вузлах, призначених для роботи під тиском або у вакуумі, рекомендуються технологічні отвори для з'єднання герметизується порожнини з атмосферою. Такі ж отвори необхідні і при пайку виробів з закритими порожнинами для зниження внутрішнього тиску газів при пайку (рис. 5 г, і), інакше при нагріванні в процесі пайки швидке розширення повітря або газу всередині порожнини може викликати роздуття стінок, а також ускладнити затікання в зазори припою. Навіть при пайку стільникових конструкцій в стінках сот наповнювача спеціально пробиваються невеликі дренажні отвори.

З цієї ж причини в конструкції глухих з'єднань необхідно пристрій вентиляційних отворів для відводу тиску при пайку (рис. 5 д, з).

У практиці широкого поширення набули трубчасті паяні вузли. При з'єднанні пайкою труб з фланцями (рис. 5 е, к) слід передбачати посадковий буртик, уникаючи посадки тільки на ребро.



Мал. 6. Приклади конструкції паяних з'єднань при різного роду навантаженнях

Паяні з'єднання можуть працювати при різного роду навантаженнях: розтягують, стискають, зрізують, ударних, змінних. Тому правильний облік в конструкції характеру навантаження, що сприймається в процесі експлуатації виробу, має велике значення для працездатності паяного з'єднання.

Необхідно прагнути, щоб паяний шов або не була у місцях прикладання підвищеного навантаження, або був посилений за рахунок прилеглих деталей.

На рис. 6 показані приклади правильного і неправильного конструювання з'єднань, що працюють при різного роду навантаженнях.

При з'єднанні елементів різної товщини позитивні результати дає збільшення жорсткості менш жорсткого елемента. При неправильної конструкції (зліва) напруги концентруються, і з'єднання руйнується внаслідок відриву.

У тонкостінної конструкції потрібна міцність з'єднання досягається за рахунок створення необхідної величини поверхонь, що з'єднуються. Однак це може дати хороший результат тільки в разі роботи з'єднання в умовах навантажень, близьких до чистого розтягування (зрізу). В інших випадках через концентрацію напружень збільшення нахлестки може не дати позитивних результатів. Це відноситься, наприклад, до конструкції, показаної на рис. 6 б.

Під дією внутрішнього тиску паяні з'єднання навантажується нерівномірно, потовщення же елементів, що з'єднуються в районі нахлестки сприяє більш рівномірному розподілу напружень в з'єднанні.

На рис. 6 в, г, представлені приклади підвищення працездатності таврового з'єднання при згинальних і вібраційних навантаженнях.

Якщо спрощення або поліпшення зварного або паяного з'єднання досягається за рахунок ускладнення інших технологічних процесів (кування, штампування, механічної обробки і т. П.), То конструктивне рішення слід приймати на основі врахування всіх конкретних умов виробництва.