Клепка, развальцовка труб и склеивание

Клепкой называют процесс получения неразъемного соединения с помощью заклепок. Заклепочные соединения применяют при изготовлении металлических конструкций, ферм, балок, емкостей, а также для рам шагающих подов нагревательных печей, соединения монтажных стыков мостовых кранов тяжелого режима работы.

Закладная головка заклепки создается при изготовлении, а замыкающая – при расклепывании стержня заклепки. В соответствии с назначением заклепки имеют различные формы головок и изготовляются из того же металла, что и соединяемые детали. Заклепки, расположенные в один или несколько рядов для получения неразъемного соединения, образуют заклепочный шов.

Заклепочные швы бывают трех типов: прочные, от которых требуется механическая прочность, плотнопрочные и плотные, обеспечивающие герметичность соединения. В зависимости от расположения соединяемых деталей различают соединения нахлесточные, когда один край листа накладывают на другой, и стыковые, в которых соединяемые детали своими торцами плотно примыкают друг к другу и соединяются с помощью одной или двух накладок. В заклепочном соединении заклепки расположены в один, два и более рядов.

При ручной клепке пользуются слесарными молотками с квадратным бойком, поддержками, обжимками, натяжками и чеканками. Молоток выбирают в зависимости от диаметра заклепки:

Поддержка служит опорой при расклепывании стержня заклепок и должна быть в 3–5 раз массивнее молотка. Обжимка служит для придания требуемой формы замыкающей головке заклепки после осадки. На рабочем конусе обжимки имеется углубление по форме головки заклепки. Натяжка представляет собой стержень с отверстием на конце диаметром на 0,2 мм больше диаметра стержня заклепки.

Чекан — слесарное зубило с плоской рабочей частью; применяется для создания герметичности заклепочного шва, достигаемой подчеканкой замыкающей головки и края листов.

Длина стержня заклепки зависит от толщины скрепляемых листов и формы замыкающей головки. Для образования потайной замыкающей головки стержень должен выступать на 0,8…1,2 диаметра заклепки, для полукруглой головки — на 1,2…1,5 диаметра заклепки. Диаметр заклепки выбирают в зависимости от толщины пакета склепываемых листов.

Диаметр отверстия под заклепку должен быть больше диаметра заклепки на 0,1…0,2 мм при точной сборке и на 0,3…1,0 мм при грубой. Выбор диаметра сверла для отверстия под заклепку выполняют по следующим данным:

Различают два метода клепки: прямой с подходом к закладной и замыкающей головкам и обратный с односторонним подходом, когда доступ к замыкающей головке невозможен. Прямой метод клепки характеризуется тем, что удары молотком наносят по стержню со стороны замыкающей головки. Выполняют заклепочное соединение в такой последовательности.

Выбирают базу для разметки (обработанные кромки или осевые линии), наносят осевые риски и накернивают центры отверстий под заклепки. При этом шаг t = 3d между заклепками, а расстояние a = 1,5d от центра крайней заклепки до края кромки детали для однорядного шва; для двухрядного шва t = 4d; a = 1,5d. Детали совмещают и сжимают их вместе ручными тисками или струбцинами. По разметке сверлят отверстия под заклепки во всех деталях одновременно. Для заклепок с потайными головками зенкуют гнезда под головки на глубину 0,8 диаметра стержня заклепки, для заклепок с полукруглыми головками снимают сверлом или зенковкой фаски 1…1,5 мм. В отверстие снизу вводят стержень заклепки, под закладную головку подводят поддержку.

После этого осаживают детали в месте клепки с помощью натяжки, которую устанавливают на выступающий конец стержня заклепки и ударами молотка по вершине натяжки устраняют зазор между склепываемыми деталями. Несколькими ударами молотка осаживают стержень крайней заклепки, а затем боковыми ударами молотка придают полученной головке необходимую форму и окончательно оформляют замыкающую головку с помощью обжимки.

Подобным способом расклепывают другую крайнюю заклепку. Клепку проводят от крайних заклепок к центру через два-три отверстия, после чего осуществляют клепку остальных заклепок. При обратном методе клепки удары молотком наносят по закладной головке через оправку с внутренней сферической поверхностью.

Кроме глухих неподвижных соединений склепывают шарнирные соединения (в плоскогубцах, кусачках, пассатижах и т.д.). Пустотелые заклепки, применяемые для соединения деталей из металла, фибры, картона, кожи и пластмассы, устанавливают в аналогичной последовательности. Замыкающие головки расклепывают с помощью специальных обжимок либо развальцовывают на сверлильном станке, формируя замыкающую головку.

При соединении крупных деталей применяют горячую клепку, которую выполняют пневматическим клепальным молотком. В этом случае работу ведут вдвоем. В готовое отверстие вставляют заклепку с потайной закладной головкой и прижимают к ней поддержку. С противоположной стороны устанавливают натяжку на ударник молотка. Удерживая натяжку, включают молоток, который наносит удары по натяжке до плотного соприкосновения склепываемых поверхностей. Затем несколькими ударами молотка осаживают выступающий стержень, формируя замыкающую головку заклепки. В такой же последовательности выполняют клепку остальных заклепок.

Развальцовка труб — процесс расширения их концов в холодном состоянии в отверстиях. Такое соединение, выполненное качественно, обеспечивает его прочность и плотность. Наружный диаметр трубы, вставляемой в ее отверстие, меньше, чем само отверстие. Зазор считается нормальным, если он составляет 1 % от значения наружного диаметра трубы. Овальность и конусообразность отверстия не должна превышать 0,2 мм.

После установки трубы в отверстие вальцовочным инструментом начинают расширять трубу. В металле последней возникают пластические деформации; при этом она расширяется и закрепляется в отверстии. Во время привальцовки деформируется только труба. При дальнейшем расширении она начинает давить на стенки отверстия трубы, в которых возникают упругие деформации. При этом металл стенок отверстия будет давить на поверхность трубы; возникнут сжимающие силы, которые и обеспечат прочность и плотность соединения.

При дальнейшем вальцевании в стенках отверстия возникают пластические деформации, а сама труба становится тоньше. Перевальцовывание может привести к потере прочности и плотности соединения. При недовальцованной трубе металл отверстия слабо обжимает трубу и не обеспечивает необходимых прочности и плотности.

Прочность соединения значительно увеличивает коническое расширение концов вальцуемых труб. Длина выступающих концов труб при отбортовке равна (11 ± 4) мм для труб диаметром 51…60 мм. Перед началом развальцовывания концы труб и отверстия зачищают до металлического блеска. Проверяют работу вальцовки на контрольном образце трубы.

Для вальцевания применяют косые вальцовки: крепежные КВК и бортовочные КВБ (рис. 1), которые состоят из цилиндрического корпуса 2 с прорезями, вальцевочных роликов 3, конуса 4 и бортовочных роликов 1. При вращении конуса 4 наклонные торцы роликов 3 давят на корпус 2 и обеспечивают самопроизвольную подачу вальцовки по внутренней поверхности трубы.

Рис. 1. Схема вальцовки

Одновременно с этим ролики, обкатывая под наклоном конус, стремятся продвинуть его относительно корпуса вальцовки вперед. Втягиваясь, конус раздвигает ролики, которые, в свою очередь, расширяют трубу. Происходит развальцовка трубы. В отличие от крепежной вальцовки, у которой только три вальцовочных ролика, на бортовочной закреплены еще и бортовочные ролики. Так как конусность конуса 4 и вальцовочных роликов 3 одинаковая, раздача трубы получается цилиндрической. Бортовочные ролики создают угол отбортовки 15°. Приводом для косых вальцовок служат пневматические или электрические ручные машины.

Если вальцовка работает хорошо, расширение конца трубы будет цилиндрическим, переход от развальцовочного к бортовочному участку — без уступов и подрезов. Привальцовку труб выполняют крепежной вальцовкой, которую вставляют в конец трубы и вращают конус по часовой стрелке до устранения зазора. В связи с тем что труба имеет овальность, первые два оборота конуса осуществляют с силой, нажимая на вальцовку. Вращая конус в обратную сторону, извлекают вальцовку из прихваченного конца. Если труба привальцована хорошо, то она не должна качаться в отверстии и при ее обстукивании не возникает дребезжащего звука. После привальцовки труба развальцовывается с одновременной отбортовкой косой бортовочной вальцовкой.

Склеивание является современным методом получения неразъемных соединений деталей путем введения между сопрягаемыми поверхностями слоя специального вещества, которое способно непосредственно скреплять эти детали. Важное преимущество склеивания – возможность получения соединений из разнородных металлов и неметаллических материалов. В процессе склеивания можно избежать появления внутренних напряжений и деформаций детали. Недостатками клеевых соединений являются их низкая термостойкость (Т ≤ 100 °С), склонность к ползучести при длительном воздействии нагрузок, а также длительная выдержка при полимеризации. Склеивание применяют для соединения металлических и неметаллических деталей, в том числе труб; заделки трещин и раковин в деталях; восстановления неподвижных посадок и т.п.

Технологический процесс склеивания для всех склеиваемых материалов и марок клеев состоит из следующих этапов: подготовки поверхностей к склеиванию и подготовки клея; нанесения клея на склеиваемые поверхности; выдержки после нанесения клея; сборки склеиваемых деталей; склеивания при определенных температуре и давлении с последующей выдержкой; очистки шва от подтеков клея и контроля качества клеевых соединений.

Подготовка поверхностей к склеиванию сводится к механической подгонке, приданию необходимой шероховатости, очистке от грязи и масла, тщательному обезжириванию.

Нанесенный слой клея должен быть равномерным при условии отсутствия в нем пузырьков воздуха. Клеи могут быть жидкие, пастообразные или в виде клеящей пленки. Наиболее удобны клеящие пленки, которые не требуют специального регулирования толщины клеевого слоя.

Вручную клей наносят кистью или шпателем. Жидкие клеи удобно наносить пульверизатором. Во время выдержки после нанесения клея происходит испарение из него влаги и летучих веществ; клей приобретает нужную вязкость, уменьшается усадка клеевого шва.

Совмещение склеиваемых поверхностей, исключающее самопроизвольное смещение, выполняют с помощью струбцин, зажимных приспособлений и т.п. Процесс склеивания и отверждения должен происходить в определенном режиме: при давлении 0,3…1 МПа; температуре 5…250 °С, времени выдержки 5 мин…30 ч. При склеивании используют механические, пневмо7 и гидропрессы, установки с газовым или электронагревом, горелки и т.п. Контролируют клеевое соединение внешним осмотром, испытанием на прочность и герметичность. Качество склеивания считается удовлетворительным, если разрушение произошло по материалу детали, а не по клею. Наиболее широко применяют клеи, приведенные в табл. 23.

Применение клеевых соединений при изготовлении и монтаже стальных трубопроводов различного назначения по сравнению со сварными и резьбовыми позволяет в 2–3 раза сократить трудоемкость и энергозатраты. Для склеивания стальных трубопроводов разработаны специальные эпоксидные клеи, приведенные в табл. 24: составы I и II — для клеевых соединений бандажного типа, состав III – для клеемеханических соединений, состав IV — для муфтовых и раструбных соединений.

Для трубопроводов применяют клеевые соединения бандажного типа, клеемеханические, муфтовые и раструбные с использованием специальных материалов (табл. 25).

Клеевые соединения бандажного типа (рис. 2, а, б) получают методом многослойной намотки на концы стыкуемых труб ленты из стеклоткани с нанесенным на нее слоем эпоксидного клея. Фиксацию стыков обеспечивают применением струбцин с призмами, бандажа из металлической ленты, опор и подвесок.

Стыки труб склеивают при температуре окружающего воздуха не ниже 5 °С. Концы труб зачищают на ширине В = 0,7 Dн, где Dн – наружный диаметр трубы. Склеиваемые поверхности после очистки обезжиривают ацетоном или бензином. Клеевой состав готовят, смешивая компаунд и отвердитель.

Таблица 23. Типы клеев и их свойства

Таблица 24. Составы эпоксидных клеев для металлических трубопроводов

Следующей операцией является нанесение клея на подготовленную ленту из стеклоткани. Для этого на горизонтальной поверхности специального стола, покрытого полиэтиленовой пленкой, наносят шпателем полосу клея с некоторым заносом по ширине ленты. По нанесенной полосе клея раскатывают ленту из рулона, затем клеевой состав наносят на поверхность ленты тонким слоем, прилагая к шпателю небольшую силу для внедрения клея в структуру стеклоткани, и снова свертывают в рулон. Расход клея должен составлять не более 300 г на 1 м2 стеклоткани.

Намотку на концы стыкуемых труб подготовленной ленты проводят вручную в радиальном направлении с натягом и без перекосов. Середина ленты при этом располагается над местом стыка концов труб. Клеевое соединение для полного отверждения клея и набора прочности выдерживают в неподвижном положении при температуре воздуха 5…17 °С в течение 4 сут; при температуре 17…25 °С — в течение 2 сут. Для ускорения отверждения клея и повышения прочностных свойств клеевых соединений их выдерживают при температуре 80 °С в течение 3 ч или при температуре 120 °С в продолжение 1,5 ч. Склеенные трубы запрещается перемещать волоком и сбрасывать с транспортных средств.

Таблица 25. Материалы для склеивания трубопроводов

Для получения клеемеханических соединений (рис. 2, в) клей наносят на наружную поверхность конца трубы и внутреннюю поверхность раструба или муфты, затем прямой конец трубы вводят в раструб или муфту и фиксируют обжатием по периметру раструба, после чего клей отверждается. Длину нахлестки принимают равной L = (1,1…1,2)Dн.

Муфтовые и раструбные клеевые соединения (рис. 2, г) отличаются от клеемеханических тем, что в этих соединениях муфты и раструбы не фиксируют.