Способы сварки неразъемных соединений

Виды неразъемных соединений деталей

Соединения – неподвижные связи между деталями или узлами механизмов. Классифицируют такие связи по различным признакам: по форме, методу образования, возможности перемещения. По способности разборки без повреждения соединяемых элементов связи делятся на разъемные и неразъемные соединения. Существует много способов стыковки узлов и деталей между собой, в небольшом обзоре рассмотрены самые распространенные.

Разъемные соединения

Когда производится регулярная замена изнашиваемых расходников, важно предусмотреть разъемные соединения – это связи, допускающие многократный монтаж/демонтаж узла при обслуживании, при этом детали остаются целыми, пригодными для сборки. К разъемным конструкциям относятся:

• Штифтовые, образованные с использованием специального стержня, который вставляется в специальные отверстия. Штифты бывают конические или в форме цилиндра, отличаются большой точностью. Удерживаются стержни за счет силы трения или устанавливаются с натягом, плотно вгоняются в отверстия. Главный минус штифтов – сверление ухудшает прочностные характеристики деталей и узла в целом. Штифты бывают насетчатыми (не требующими точности обработки), пружинными трубчатыми (разрезаются при разборке деталей) и установочными, обеспечивающими прочность стыка.
• Шпоночные передают крутящий момент, рассчитаны на радиальную нагрузку. Шпонки вставляются в специально сделанный зазор, монтируются между элементами узла так, что не допускают смещения при вращении. Шпоночные связи отличаются простотой конструкции, легко собираются и разбираются. Основные недостатки шпоночного стыка: а) наличие пазов, снижающих прочность деталей; б) ненадежность фиксации, шпонка при предельных нагрузках может вывернуться. Шпонки делают в форме призмы, сегмента, цилиндра, клина. Конструкция зависит от возможности изготовления пазов в соединяемых деталях.
• Резьбовые связи наиболее распространенные, бывают двух типов: а) с помощью болтов, гаек, винтов, резьбовых шпилек; б) нарезки резьбы на соединяемые детали. Поверхность с резьбой бывает конической и цилиндрической. По виду сечения, углу профиля резьба бывает метрической, дюймовой, трубной. Для стопорения накручивания или вкручивания используют пластическую деформацию или ограничительные шайбы. Минусы резьбы – низкая герметичность, чувствительность к вибрации, концентрация напряжения во впадинах резьбовой нарезки.
• Шлицевые передают вращающее усилие с вала на закрепляемые детали. Шлицы в сечении напоминают многошпоночную конструкцию с жестко зафиксированными в вале шпонками. По профилю выступов шлицы бывают прямобочными, треугольными и эвольвентными. Центрирование производится по внешнему или внутреннему диаметру. Шлицевая сборка предусматривает подвижное и неподвижное закрепление монтируемых на вал деталей.
• Профильные образуются за счет фасонных соприкасающихся поверхностей. Бывают трехгранные, овальные, прямоугольные и другие. При использовании профилей получаются прочные узлы с точным центрированием, не возникает дополнительных напряжений в стыке.

Любые разъемные конструкции быстро демонтируются, разбираются на отдельные детали, крепежные элементы. Подобные крепления используются для постоянной или временной фиксации, бывают подвижными и неподвижными.

Неразъемные соединения

Из названия понятно, что речь идет о сборке узлов, демонтаж которых без повреждения деталей невозможен. Существует несколько видов неразъемных соединений, это склейка, сварка, спайка стыков, фиксация деталей с помощью клепок или в процессе формовки, запрессовки, вальцовки, кернения.

Разработан ГОСТ 2.313-82, регламентирующий обозначение всех видов неразъемных соединений в технической документации, на чертежах. Указываются требования к швам, положение, размеры стыков и другие параметры.

Сварные

Сварка – процесс термического или пластического воздействия для получения надежного сцепления заготовок. Основные виды сварки:

• ручная дуговая на воздухе или с использованием защитного газа (формируется облако над ванной расплава);
• автоматическая;
• полуавтоматическая;
• газовая;
• контактная;
• плазменная;
• лазерная.

Части узла соединяют встык, под углом, внахлест, торцами, по типу тавра, можно делать изделия сложной формы. Швы бывают односторонние и двухсторонние, прерывные и непрерывные. Возможно формирование горизонтальных (ровных) швов, вогнутых и с шовным валиком.

Плюсы сварки:

• универсальность;
• прочность, образуется диффузный слой, выдерживающий большую нагрузку, давление;
• можно добиться герметичности стыков;
• ремонтопригодность.

Недостатками считают:

• возможное коробление из-за внутренних напряжений в зоне термического воздействия;
• необходимость внутреннего контроля шва (не все дефекты видимы);
• ограниченная надежность, зависит от физико-химических характеристик сплавов.

Сварка часто используется в строительстве, машиностроении, при производстве металлоизделий различной сложности.

Паяные

К категории неразъемных соединений относятся паяные, они используются в приборостроении, электронике, электротехнике, теплоэнергетике (выпускают паяные радиаторы). Связь образуется за счет расплава присадки, которая заполняет зазор между деталями. Припои с низкой температурой плавления при точечном термическом воздействии разогреваются. Остальные элементы, подвергающиеся спаиванию, не меняют своих физических свойств, не оплавляются. Методом пайки получают соединения встык, внахлест, телескопические, тавровые, сотовые конструкции.

Плюсы паяных неразъемных соединений:

• можно соединять элементы из разных сплавов;
• не возникает внутренних напряжений в соединяемых элементах;
• тонкостенные заготовки не успевают деформироваться от термовоздействия;
• расплавленный припой легко проникает в труднодоступные места;
• швы устойчивы к коррозии;
• получаются герметичные соединения.

Теперь о недостатках пайки:

• невысокая прочность;
• поверхность необходимо тщательно очищать, в ряде случаев протравливать.

• на низкотемпературные (например, свинец);
• среднетемпературные или мягкие (оловянные);
• твердые (медесодержащие сплавы).

При выборе присадки учитывают особенности деталей.

Температура плавления припоя всегда ниже, чем у элементов, которые соединяют пайкой. При необходимости для удаления пленки окислов используют твердые, газообразные, жидкие флюсы.

Клееные

Соединение формируется, когда жидкий клей при определенных условиях (нагреве или при комнатной температуре) полимеризуется, образует твердую структуру. В процессе получения неразъемного соединения материалов иногда происходит частичное растворение поверхности соединяемых элементов. В остальных случаях связь образуется за счет адгезии клеевого состава. Клеи классифицируют по степени прочности связующего слоя:

• конструкционные, выдерживающие усилия на отрыв, сдвиг деталей относительно друг друга (БФ, эпоксидная смола, столярный клей);
• составы, не рассчитанные на возможные нагрузки (канцелярский клей ПВА, резиновый).

Клеевые соединения прочнее на сдвиг, слабее на отрыв. Клеем при необходимости укрепляют разъемные соединения, стопорят резьбу.

Заклепочные

С помощью заклепок соединяют сортовой и профилированный прокат, штампованные элементы. Соединения могут работать под вибрацией, разнонаправленными ударными нагрузками. Клепают разнородные детали или дополнительно упрочненные (нагортованные).

Преимущества заклепочных соединений:

• высокая стабильность;
• надежность;
• можно проверять клепки методами неразрушающего контроля;
• рассчитаны на различные виды нагрузки.

Главные недостатки:

• повышается расход металла;
• увеличивается время обработки (возрастают трудозатраты);
• необходимость делать отверстия, которые снижают прочность соединяемых деталей;
• плотность швов со временем ослабевает.

Заклепки устанавливают, соединяя детали внахлест, встык с использованием односторонней или двухсторонних накладок. Различают отдельные виды заклепочных соединений:

• прочные обеспечивают передачу усилия;
• плотные отличаются герметичностью;
• прочно-плотные объединяют свойства прочных и плотных связей.

Заклепки выпускаются по стандарту, бывают с полукруглой, цилиндрической, потайной или полупотайной головкой, со сплошным или полым стержнем.

Полиэтилен-сталь

Детали из отрезков труб из металла и полиэтилена называются переходами НСПС. В процессе соединения труб, по размеру соответствующих утвержденному стандарту удается добиться прочности и герметичности, соединение получается неразъемным. Полиэтилен в области стыка металла и полимера разогревается, плотно заполняет все пустоты, происходит процесс запрессовки. Метод также применяется для обустройства заглушек. Переходники НСПС необходимы:

• при частичной замене изношенных металлических трубопроводов на пластик или металлопластик;
• разводке магистралей по контуру;
• врезке новых веток;
• установке запорной арматуры или приборов учета.

Полиэтилен и сталь используются на водопроводах и газопроводах низкого давления в жилых домах, инженерных городских коммуникациях. Связь ПЭ–металл настолько прочная, что не требует профилактических осмотров, ревизионных ремонтов, переходники выдерживают давление до 1МПа, дополнительно усиливается муфтой.

Выбор крепления деталей связан с ограничениями применения неразъемных соединений. В некоторых случаях выгоднее делать разъемные узлы, которые легко разбираются. Неразъемные надежнее, герметичнее, меньше подвержены усталостному разрушению.

Источник

Неразъемные соединения

Введение

Неразъемными соединениями называются такие, повторная сборка и разборка которых невозможна без повреждения деталей. К ним относятся соединения сварные, паяные, соединения, получаемые склеиванием, соединения заклепками и т.д.

6.1 Соединения сварные

Сварка — один из наиболее прогрессивных способов соединения составных частей изделия. Сварка — это процесс получения неразъемного соединения путем сплавления металлов деталей и сварочного электрода. При сплавлении образуется сварной шов.
Существует много видов сварки и способов их осуществления, например:

• ручная электродуговая (ГОСТ 5264-80*);
• автоматическая и полуавтоматическая под флюсом (ГОСТ 11533-75);
• дуговая сварка в защитном газе (ГОСТ 14771-76*);
• контактная сварка (ГОСТ 15878-79) и др.

Сварные соединения (швы) делятся на следующие виды:

• стыковое, обозначаемое буквой С (Рисунок 6.1, а-е);
• угловое, обозначаемое буквой У (Рисунок 6.1, ж);
• тавровое, обозначаемое буквой Т (Рисунок 6.1, з, и);
• нахлесточное, обозначаемое буквой Н (Рисунок 6.1, к, л);

Рисунок 6.1 — Виды сварных швов
Кромки свариваемых деталей могут быть подготовлены: с отбортовкой (Рисунок 6.1, а), без скосов (Рисунок 6.1, б, е, ж, к), со скосом одной кромки (Рисунок 6.1, в), со скосом обеих кромок (Рисунок 6.1, г), с двумя симметричными скосами одной кромки (Рисунок 6.1, д, и) и др.
Шов может быть односторонний (Рисунок 6.1, а, б, в, г, ж, к) и двусторонний (Рисунок 6.1, д, е, з, и, л).
На чертежах к буквенному обозначению сварного шва добавляют цифровое, которое характеризует всю совокупность конструктивных элементов сварного шва, т.е. вид подготовки кромок, толщину свариваемых деталей и т.д.
Например, стыковое соединение, односторонний шов без скосов обеих кромок для деталей толщиной S = 1…6 мм — обозначается С2; тавровое соединение, шов двусторонний с двумя скосами одной кромки, толщина деталей S = 12…100 мм — обозначается Т9, см. таблицу ниже, на которой представлены некоторые обозначения типов сварных швов.

Шов характеризуется размером катета поперечного сечения шва (в нахлесточном, угловом и тавровом соединениях). Шов может быть непрерывным (Рисунок 6.2, а), прерывистым с цепным расположением свариваемых участков (Рисунок 6.2, б) и непрерывным с шахматным расположением свариваемых участков (Рисунок 6.2, в).

а	б	в

Рисунок 6.2 — Расположение сварочных швов
Выступающую часть шва над поверхностью основного металла называется выпуклостью или усилением шва (Рисунок 6.3). Шов может выполняться по замкнутой (Рисунок 6.4, а) или незамкнутой линии (Рисунок 6.4, б).

а	б

Рисунок 6.3 — Усиление шва

а	б

Рисунок 6.4 — Замкнутая (а) и незамкнутая (б) линии шва
Согласно ГОСТ 2.312-72, шов сварного соединения независимо от способа сварки условно изображают сплошной основной (видимый шов) или штриховой (невидимый шов) линией (Рисунок 6.5, а). Одиночные сварные точки изображают знаком «+» высотой и шириной 5…10 мм, толщина линий S (Рисунок 6.5, б). Невидимые сварные точки не изображают.
На Рисунке 6.5, а показаны примеры условных обозначений сварных швов:
— верхний шов (изображен штриховой линией) нахлесточного соединения, выполнен ручной электродуговой сваркой при монтаже изделия, по незамкнутой линии, катет шва 5 мм, шов прерывистый с цепным расположением провариваемых участков, l-50 мм и t-100 мм;
— нижний шов таврового соединения выполнен при монтаже изделия ручной электродуговой сваркой, шов прерывистый цепной, l-50 мм, t-100 мм, катет шва 5 мм, шов выполняется при монтаже изделия.

а	б

Рисунок 6.5 — Пример изображения и обозначения сварного шва на чертеже
Условное обозначение шва наносят на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва с лицевой стороны (Рисунок 6.6, а) или под полкой линии-выноски, проводимой от оборотной стороны (Рисунок 6.6, б). Линию-выноску начинают односторонней стрелкой.

а	б

Рисунок 6.6 — Схема нанесения условного обозначения сварного шва
В условном обозначении шва могут быть применены знаки, представленные в таблице 6.1.
Таблица 6.1- Условные обозначения типа сварного шва

В скобках приведено изображение знаков при обозначении шва с оборотной стороны, т.е. при записи условного обозначения шва под полкой линии-выноски.
Все знаки выполняют тонкими линиями. Высота знаков должна быть одинаковой с высотой цифр, входящих в обозначение шва.
На Рисунке 6.7 приведено полное условное обозначение стандартного шва или одиночной сварной точки по ГОСТ 2.312-72.

Рисунок 6.7 — Условное обозначение сварного шва
1 — Обозначение стандарта на типы и конструктивные элементы швов
2 — Буквенно-цифровое обозначение шва
3 — Условное обозначение способа сварки (допускается не указывать)
4 — Знак 4 (табл.6.1) и размер катета
5 — Размер:
— для прерывистого шва — длины привариваемого участка
— для одиночной сварной точки, или контактной точечной сварки — расчетного диаметра точки
— для контактной шовной сварки — расчетной ширины шва
— для прерывистого шва контактной шовной сварки — расчетной ширины шва, знак умножения, размер длины привариваемого участка, знак / и размер шва
6 — Вспомогательные знаки
При наличии одинаковых швов обозначение наносят у одного изображения, а у остальных проводят линии-выноски с полками для указания номера шва (Рисунок 6.8, а, б) или без полок, если все швы одинаковые (Рисунок 6.8, в).

а	б	в

Рисунок 6.8
Если все сварные швы, изображенные на чертеже изделия, хотя и разных типов, выполняют по одному и тому же стандарту, например, ГОСТ 5264-80, его обозначение на полке не указывают, а дают ссылку в технических требованиях.

6.2 Соединения паяные

В паяных соединениях детали соединяются путем схватывания металлов припоя и деталей. Пайку применяют для получения герметичности, образования покрытия от коррозии (лужения), при соединении деталей, и т.д. В ряде случаев способ соединения пайкой имеет преимущество перед сваркой, его широко применяют в радиотехнике, электронике, приборостроении.
Существует большое число способов пайки, простейшим из которых является пайка паяльником.
Способ пайки указывают в технической документации.
Припои подразделяют:

1. по температуре расплавления на:

• особолегкоплавкие (до 145° С),
• легкоплавкие (до 450° С),
• среднеплавкие (до 1100° С),
• высокоплавкие (до 1850° С) и
• тугоплавкие (свыше 1850° С);

1. по основному компоненту на:

• оловянные (ПО),
• оловянно-свинцовые (ПОС),
• цинковые (ПП),
• медно-цинковые (латунные, ПМЦ),
• серебряные (ПСр) и др.

Наиболее широко применяются оловянно-свинцовые припои. Выпускают припои в виде проволоки (Прв), прутков (Пт), лент (Л) и др.
Марку припоя записывают в технических требованиях по типу:
ПОС 40 ГОСТ (без указания сортамента) или
Припой Прв КР2 ПОС 40 ГОСТ 21931-76 1931-76 (с указанием сортамента),
где Прв КР2 — проволока круглого сечения диаметром 2 мм. Число 40 указывает содержание олова в процентах (остальное — свинец); припой ПСр 70 ГОСТ 19733-74* — 70% серебра, 26% меди и 4% цинка; припой ПОС 40 — мягкий, ПСр 70 твердый.
При соединении получается паяный шов (ГОСТ 19249-73 — Соединения паяные. Основные типы и параметры). Как и сварные, паяные швы (П) подразделяют (рис. 6.9) на: нахлесточные (ПН-1, ПН-2,…); телескопические (ПН-5, ПН-6); стыковые (ПВ-1,ПВ-2,…); косостыковые (ПВ-3, ПВ-4); тавровые (ПТ-1,ПТ-2,…); угловые (ПУ-1,ПУ-2,…); соприкасающиеся (ПС-1,ПС-2,…).

Рисунок 6.9 — Типы паяного шва
Независимо от способа пайки швы на видах и разрезах изображают, согласно ГОСТ 2.313-82 (СТ СЭВ 138-81), сплошной линией толщиной 2s. На линии выноске, выполняемой тонкой линией и начинающейся от изображения шва двусторонней стрелкой (а не односторонней, как у сварного шва), помешают условный знак пайки, наносимый основной линией. Шов по замкнутой линии обозначают тем же знаком, что и аналогичный сварной шов.
Согласно ГОСТ 19249-73*, тип шва указывают на полке линии-выноски (Рисунок 6.10).

Рисунок 6.10 — Пример обозначения паяного шва на чертеже

6.3 Соединение заклепками

Такие соединения применяют для деталей из несвариваемых, а также не допускающих нагрева материалов в самых различных областях техники – металлоконструкциях, котлах, судо- и самолетостроении.
Заклепки изготавливают из достаточно пластичных для образования головок материалов: сталей марок Ст2, Ст3, Стали 10, латуни, меди и др. Материал заклепок должен быть однородным с материалом соединяемых металлических деталей.
Наиболее широко применяют заклепки с полукруглой, потайной, полупотайной, плоской головкой, классов точности В и С, с покрытием и без него.

Рисунок 6.11 — Заклепки
Обозначение: Заклепка С8х20.38.МЗ.136 ГОСТ …, где — С — класс точности, 8 — диаметр, 20 — длина, 38 — обозначение группы материала, М3 — марка материала (медь), 136 — обозначение вида и толщины покрытия.
Отверстия под заклепки пробивают или сверлят немного больше размера (на 0,5 …1 мм) диаметра заклепки. Свободный конец должен иметь длину, необходимую для изготовления замыкающей головки (Рисунок 6.12) и выбираемую по ГОСТ 14802-85 — «ЗАКЛЕПКИ (ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ) Диаметры отверстий под заклепки, размеры замыкающих головок и подбор длин заклепок», размеры гнезд регламентированы ГОСТ 12876-67 — «Поверхности опорные под крепежные детали. Размеры».
.

Рисунок 6.12 — Расчет длины заклепки
По назначению заклепочные швы делят на прочные, плотные, обеспечивающие герметичность, и плотно-прочные. По конструктивным признакам заклепочные швы бывают одно-, двух-, трехрядные и т.д. с листами, расположенными встык с одной или двумя накладками, с цепным или шахматным расположением заклепок (Рисунок 6.13).

Рисунок 6.13 — Варианты расположения заклепок
Если шов содержит заклепки одного типа и с одинаковыми размерами, то на чертеже согласно ГОСТ их обозначают одним из условных знаков в одном-двух местах каждого соединения, а в остальных — центровыми или осевыми линиями (Рисунок 6.14). На чертеже наносят размеры расстояний между заклепками в ряду, между рядами и от кромок листов.

Рисунок 6.14 — Условные изображения заклепок различного типа на чертеже

Рисунок 6.15 — формирование замыкающей головки

Рисунок 6.16 — Изображение заклепки с полукруглой головкой

Таблица 6.2 — Размеры заклепок с полукруглой головкой по ГОСТ 10299-80

Диаметр стержня d	Диаметр головки D	Высота головки H	Радиус под головкой r, не более	Радиус сферы головки R	Расстояние oт основания головки до места измерения диаметра, l
1	1,8	0,6	0,2	1	1,5
1,2	2,1	0,7		1,2
(1,4)	2,5	0,8		1,4
1,6	2,9	1,0		1,6
2	3,5	1,2		1,9
2,5	4,4	1,5		2,4	3
3	5,3	1,8		2,9
(3,5)	6,3	2,1	0,4	3,4
4	7,1	2,4		3,8
5	8,8	3,0		4,7	4
6	11	3,6	0,5	6
8	14	4,8		7,5
10	16	6,0	0,6	8,3	6
12	19	7,2	0,8	9,8
(14)	22	8,4		11,4
16	25	9,5	1,0	13
(18)	27	11		13,8	8
20	30	12		15,4
(22)	35	13		18,3
24	37	16	1,2	18,7
30	45	20		22,7	10
36	55	24	1,6	27,8

Длина заклепок выбирается из следующего ряда: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 52, 55, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 мм и т.д..

Таблица 6.3 — Диаметры отверстия под заклепку

Диаметр заклепки	1	1,2	1,6	2	3	4	5	6	8	10	13	16	19	22	25
Точная сборка 1-я	1,1	1,3	1,7	2,1	3,1	4,1	5,2	6,2	8,2	10,5	13,5	16,5	20	23	26
Точная сборка 2-я	1,2	1,4	1,8	2,2	3,3	4,2	5,5	6,5	8,5	11,0	13,5	16,5	21	23	26
Грубая сборка	—	—	—	2,3	3,5	4,5	5,8	6,8	8,8	11,0	14,0	17,0	21	24	27

6.4 Соединения, получаемые склеиванием

Способ соединения деревянных, пластмассовых и металлических деталей и конструкций путем склеивания, находит широкое применение в промышленности.
Правила изображения полностью совпадают с изложенными выше для паяных соединений, отличается лишь знак (Рисунок 6.17) (ГОСТ ГОСТ 2.313-82).
Обозначение: Клей БФ-10Т ГОСТ 22345-77*, обозначение приводят в технических требованиях, в простейших случаях — на полке линии-выноски.

Рисунок 6.17

Источник