Контактная электрическая сварка.

Контактная сварка -это один из наиболее эффективных, экономичных, высокомеханизированных и автоматизированных способов сварки, обеспечивающих высокую прочность, качество и надежность сварного соединения и широко используемых в строительстве для сварки арматуры, трубопроводов, рельсов и т.д. Изготовление наиболее дорогих и сложных узлов легковых и грузовых автомобилей - кузовов и кабин тоже основывается на электроконтактной сварке. Многие конструктивно сложные детали в машиностроении изготовляются путем точечной сварки штампованных из листового проката заготовок.

Способы электроконтактной сварки подразделяются на три группы (рис. 2.36) : стыковая, точечная и шовная.

Электроконтактная сварка деталей (рис. 2. 37) выполняется следующим образом: детали сжимают усилием Р , через стык их пропускается электрический ток J в течении времени t , происходит нагрев металла в зоне контакта до температуры плавления, выключается электрический ток, деталь охлаждается и кристаллизуется сварной шов, снимается нагрузка.

Количество тепла, выделившегося при прохождении электрического тока находится по формуле:

Q= J ² R t, Дж.

Напряжение сварки U по сравнению с электродуговой сваркой очень низкое (всего 1…6 В), а токи измеряются сотнями и тысячами А. Поэтому понижающий трансформатор конструктивно отличается от сварочных трансформаторов для электродуговой сварки: вторичная обмотка имеет от 1 до 6 витков, а сила тока J регулируется изменением количества витков первичной обмотки (рис. 2.38). Сопротивление R зависит от чистоты, шероховатости и загрязнения поверхности свариваемых деталей, электрического сопротивления материала, давления сжатия деталей и др. Время сварки t изменяется от сотых долей секунды до нескольких минут. Из-за малого времени сварки снижаются окисляемость материалов деталей и величина зоны термического влияния, поэтому при сварке будут минимальные деформации и хорошее качество наплавленного металла.

Стыковой сваркой (рис. 2.38) свариваются арматурные стержни, полосы, трубы, фланцы, швеллера, рельсы. Применяются три разновидности стыковой сварки: сопротивлением, непрерывным и периодическим оплавлением.

При сварке сопротивлением торцы свариваемых деталей тщательно обрабатывают, детали сводят до соприкосновения и включают электрический ток. После нагрева металла до пластичного состояния выключают ток и снимают нагрузку. Сваркой сопротивлением можно сваривать детали сечением до 300 мм², например, трубы — диаметром до 40 мм.

При сварке непрерывным оплавлением после сжатия деталей производят нагрев стыка до его оплавления электрическим током. С торца выдавливается жидкий металл, а с ним окислы и загрязнения с поверхности контакта, поэтому особой подготовки детали перед сваркой не надо. После выключения электрического тока кристаллизуется расплавленный металл и образуется сварной шов. Этим способом можно сварить детали значительно большего сечения (до 3000 мм² ) чем при сварке сопротивлением.

Сварка прерывистым оплавлением выполняется периодическими короткими замыканиями и размыканиями электрического тока за счет перемещения детали . При этом появляются искры и разбрызгивание металла. Этот способ сварки эффективен для легированных сталей (30ХГСА,...).

Точечная сварка используется в основном для сварки листовых конструкций, соединения пересекающих стержней (арматура железобетонных конструкций). Суммарная толщина листов обычно не превышает 10 …12 мм (возможна до 20 мм для листовой сварки), а других элементов до 30 мм.

Сварные соединения могут реализовываться по разному ( рис. 2.39) : одноточечная 2-х сторонняя; 2-х точечная односторонняя и многоточечная односторонняя. Последний способ обеспечивается аналогично как и 2-х точечная односторонняя, только в этом случае для каждой пары точек сварки необходима своя вторичная обмотка, так, например, для 40 -точечной контактной сварки необходимо 20 вторичных обмоток трансформатора.

При двухсторонней одноточечной сварке нижний электрод неподвижен, а верхний перемещается с помощью механизма сжатия (механический, пневматический или электрический привод).

После установки и сжатия (рис.2.40) деталей включается трансформатор, металл нагревается в зоне контакта до образования ядра из расплавленного металла, увеличивается нагрузка сжатия и выключается ток, кристаллизуется расплавленный металл и детали свариваются. Место контакта электрода с деталью нагревается меньше, т.к. тепло отводится через водоохлаждаемые медные электроды. Для сварки конкретных деталей могут использоваться схемы выполнения сварки. отличающиеся от схемы, представленной на рис. 2.40.

Для сварки углеродистых и низколегированных сталей применяются мягкие режимы (большое время выдержки ( t=0,2…3 с и небольшая плотность тока J=80…160 А/ мм²), а для сварки низкоуглеродистых и высоколегированных сталей, не склонных к закалке, – жесткие режимы (t=0,001…0,1 с , J=150…350 А/ мм^2).

Разновидность точечной сварки — рельефная (рис. 2.41.). Сначала создаются холодной пластической деформацией выступы на свариваемых поверхностях, а затем детали сжимаются и через них пропускается электрический ток, т.е. производится электроконтактная сварка..

Шовная контактная сварка ( рис. 2.42) применяется для получения прочных и герметичных швов (тонкостенные сосуды, тонкостенные сварные трубы ,..) Листы толщиной 0,3 .. 3 мм собирают внахлестку, сжимают двумя медными роликами, пропускают через них электрический ток, ролики вращаются, листы или ролики перемещаются, происходит контактная сварка .Два способа шовной сварки : непрерывная и прерывистая. При непрерывной контактной сварке изделий из малоуглеродистой стали толщиной менее 1мм выполняется непрерывная подача электрического тока. Для более толстых изделий используется прерывистая сварка : ролики вращаются непрерывно, а ток подается периодическими импульсами ; образуется ряд непрерывных точек, которые перекрывая друг друга в итоге образуют сплошной сварной шов.

Конденсаторная сварка. Энергия накапливается в конденсаторах, которые разряжаются или непосредственно через изделие или через дополнительный трансформатор на изделие. Чаще всего используется второй способ. Конденсаторной сваркой соединяют металлические детали толщиной 0,005 ... 2 мм., но можно приварить тонкий металл (толщиной 0,2...0,3 мм ) к металлическим деталям большой толщины (до 10...15 мм). Конденсаторные установки имеют маленькую мощность и обеспечивают высокое качество сварных соединений.

Для повышения твердости и износостойкости рабочих поверхностей деталей и при ремонте посадочных мест под подшипники качения валов, отверстий редукторов, коробок перемены передачи, шеек коленчатых валов двигателей широко используется электроконтактная приварка ленты, проволоки или порошка. Технология приварки ленты включает в себя : подготовку детали (шлифование до размера : dн - 0,3 мм), нарезку заготовок ленты по ширине и длине (периметру) и очистку ленты, предварительную приварку ленты в середине. Далее выполняется приварка ленты (порошка, проволоки) с помощью роликов установки электроконтактной сварки.

Тепловые деформации при этом малы, материал подбирается высокой износостойкости, обеспечивается долговечность не ниже новых деталей, исключается термическая деформация деталей.

Металлизация.

Металлизация это процесс нанесения мелких частиц металла, нагретого каким либо способом до расплавления, и распыленных газом, на поверхность детали. Металлизация в основном используется для декоративных целей, для заделки трещин и пор в корпусных деталях и реже — для восстановления деталей. Процесс является высокопроизводительным и экономичным, позволяет наносить покрытия от долей миллиметра и до нескольких миллиметров, не вызывает тепловых деформаций (деталь нагревается не свыше 200 °С).

Проволока или порошок непрерывно подаются в зону нагрева, где расплавляются, подхватываются и распыляются струей инертного газа или воздуха на частицы размером от 3 до 300 мкм , которые со скоростью 150…300 м/сек ударяются в специально подготовленную (рваная резьба, канавки, пескоструйная обработка, анодно-механическая обработка и др.) поверхность детали, где расплющиваются и заклиниваются в неровностях поверхности с образованием молекулярных связей. Величина молекулярных связей между частицами больше, чем между частицами и деталью, поэтому слабым участком является недостаточное сцепление покрытия с деталью. При полете частица окисляется и закаляется, вследствие этого покрытие имеет большую твердость и хрупкость. Из-за этого , а также особой подготовки поверхности к металлизации покрытие, имея хорошую износостойкость (поры пропитываются маслом, а поверхность имеет высокую твердость) , не может работать в условиях знакопеременных нагрузок. Для сравнения, усталостная прочность покрытия, нанесенного металлизацией в 15…20 раз ниже, чем у электролитических покрытий. Использование некоторых приемов ( плазменный нагрев поверхности до температуры сплавления металла и частиц, шовная электроконтактная сварка,…) дает возможность применять металлизацию в производстве.

Металлизация в зависимости от способа расплавления металла разделяется на газовую, электродуговую, высокочастотную и плазменную.

При электродуговой металлизации (рис. 2.43.) две изолированные проволоки подаются с одинаковой скоростью, между ними возбуждается электрическая дуга, металл плавится, газ распыляет металл и подает частицы металла к детали.

При газовой металлизации ( рис. 2.44) чаще всего используется ацетилено-кислородное пламя, которое расплавляет сварочную проволоку, а сжатый воздух или инертный газ распыляет и наносит частицы на поверхность. При газовой металлизации получается мелкий распыл, но оборудование относительно сложнее, чем при электродуговой металлизации.

Электродуговая металлизация это высокопроизводительный процесс, однако разбрызгивается металла до 40…60%.

Нагрев и расплавление проволоки при индуктивной металлизации выполняются индуктивным нагревом её токами высокой частоты (200…300 Кгц). При индуктивной металлизации по сравнению с электродуговым процессом увеличивается производительность, уменьшаются затраты электроэнергии и угар металла.

Плазменная металлизация дает наилучшие сцепление покрытия, высокую производительность и возможность напыления износостойких тугоплавких материалов (окись алюминия, карбиды и др.), возможность нанесения покрытия на большинство материалов, даже на не металлы. Металлизация может производится порошком или проволокой. При наплавке порошком используется комбинированная дуга, а при наплавке проволокой различные схемы, в том числе анодом может быть проволока.

Пайка и заливка металлов.

Пайка является широко распространенным процессом, как при изготовлении, так при ремонте деталей. Этот способ известен людям уже 3…5 тысячь лет. При раскопках находят паянные медно - серебренным припоем трубы, украшения, оружие. Пайка является незаменимым процессом в радиоэлектронике, самолето- и ракетостроении, автотракторостроении. С помощью пайки изготовляются радиаторы , трубопроводы, электрооборудование и др. Процесс пайки легко поддается механизации и автоматизации.

Пайкой называется процесс соединения металлических поверхностей, находящихся в твердом состоянии, расплавленными припоями, которые заполняют зазор между поверхностями и образуют паянный шов при кристаллизации.

Пайка выполняется в следующей последовательности: нагрев спаиваемых деталей до температуры, близкой к температуре плавления припоя; расплавление припоя и нанесение его на предварительно обработанные детали ; заполнение припоем шва ; растворение основного металла в расплавленном шве и взаимная диффузия металлов, кристаллизация шва.

Для выполнения пайки необходимо, чтобы частицы расплавленного припоя вступали в прочный контакт с поверхностями соединяемых деталей. Капля расплавленного припоя растекается (рис. 2.45) по поверхности до определенного предела. Пайка возможна, когда припой хорошо смачивает твердое тело. Если жидкость не смачивает твердое тело , то пайка невозможна. Хорошего смачивания можно добиться соответствующей подготовкой поверхности ( механическая обработка для удаления окислов, обезжиривание для удаления жировых загрязнений) и подбором припоя и флюса . При хорошем смачивании заполняются все зазоры и поры и обеспечивается прочное соединение деталей.

Хотя процесс пайки является в некоторой степени родственным сварке, но имеет ряд отличий:

1 . При пайке не плавится основной металл, а только припой, в то же время при сварке плавится свариваемый и присадочный материал. Шов образуется без расплавления кромок паяемых деталей.

2 Образование шва при пайке происходит за счет заполнения расплавленным припоем капиллярного зазора между поверхностями и взаимной диффузии металлов.

Прочность соединения деталей при пайке ниже чем при сварке, но во многих случаях является достаточной для конкретных изделий. При этом пайка имеет некоторые технологические преимущества перед сваркой:

1. Дает возможность соединения разнородных металлов и даже металла с неметаллом.

2. Температура нагрева детали при пайке значительно ниже, чем при сварке, то при пайке нет значительных остаточных деформаций и не происходит коробления , не расплавляются кромки и не изменяется структура и механические свойства соединяемых деталей.

3. Простота технологического процесса, хорошие условия для автоматизации и механизации пайки , высокая производительность труда.

Существуют следующие методы пайки :

1. Капиллярная пайка. Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями. Припой и металл при этом химически не взаимодействуют. Это наиболее распространенный метод пайки.

2. Диффузионная пайка — длительная выдержка при высокой температуре. Происходит упрочнение шва за счет взаимной диффузии компонентов припоя и основного металла. Химического взаимодействия нет, образуется твердый раствор.

3. Контактно-реактивная пайка. В этом случае между соединяемыми деталями или между деталями и припоем протекают активные реакции с образованием в контакте легкоплавкого соединения.

4. Реактивно-флюсовая пайка. Шов образуется за счет реакции вытеснения между флюсом и основным металлом.

5. Пайка — сварка, шов образуется способами сварки, но в качестве присадочного материала используется припой.

Выбор методов пайки определяется химическими свойствами припоя, флюса и металла и режимом пайки (температура, время и т.д.) В зависимости от источника тепла осуществляется пайка следующими способами :

1-пайка в печах ;

2-индукционная пайка ;

3-пайка сопротивлением ;

4-пайка погружением в расплавленный припой ;

5-пайка паяльниками ;

6-пайка газовыми горелками.

В качестве припоя используются чаще всего сплавы металлов.

Основные требования к припоям :

1. Иметь температура плавления как минимум на 50…100 °С ниже температуры плавления паяемых металлов.

2. Обеспечивать хорошее смачивание металла и хорошее заполнение шва пайки.

3. Образовывать прочные, пластичные и корррозионно- устойчивые швы.

4. Иметь коэффициент линейного расширения не отличающийся резко от коэффициента линейного расширения паяемых металлов.

Припои делятся на две группы : мягкие ,температура плавления которых ниже 500 °С, и твердые - выше 500 °С.

Мягкая пайка дает относительно невысокую механическую прочность, используется для деталей, работающих при невысокой температуре и небольших вибрационных ударных нагрузках : радиаторы, топливные баки, электрические провода и т.д. Наиболее распространенные оловянно-свинцовые (олово в чистом виде как припой не используется) припои ( цифра в названии припоя означает содержание в нем олова) : ПОС-18 (17…18% олова, 2…2,5% сурьмы и 79…81% свинца) используется для пайки неответственных деталей ; ПОС-30 и ПОС-40 — для швов, имеющих достаточную прочность и надежность, ПОС-50 и ПОС-61 — для деталей, швы у которых не должны окисляться при работе (электрооборудование и др.).

Твердая пайка выполняется в том случае, когда необходимо иметь прочный шов или шов, работающий при высоких температурах (топливо- и маслопроводы, контакты реле,…). К твердым припоям относятся : медные, медно-цинковые, латунные, алюминиевые и серебряные. Медно-цинковые припои (первая цифра в названии припоя означает содержание меди в припое, остальное цинк и небольшое количество примесей) : ПМЦ-36 — для пайки латунных изделий ; ПМЦ-48 — для деталей из медных сплавов, не подвергающихся ударным нагрузкам и изгибу; ПМЦ-54 — для пайки меди, бронзы и стали, не подвергающихся ударным нагрузкам.

Для получения эластичного и прочного соединения используются в качестве припоев латуни Л-62 и Л-68. (сплав меди с цинком — до 80% , с добавками алюминия, свинца, никеля — до 10%).

Для пайки ответственных конструкций используются серебряные припои : ПСр-12 ( 12%серебра, 36%меди, не более 1,5% примесей, остальное цинк); ПСр-45 для пайки латуни, меди и бронзы (контакты проборов электрооборудования) ;ПСр-70 для пайки электрических проводов, требующих низкого электрического сопротивления в местах пайки.

Для пайки деталей из алюминия и его сплавов используются алюминиево -кремниевые припои (силумины) и алюминиево - медные сплавы (34А и 35А). Припой 35А имеет более высокие механические качества и выше температуру плавления , чем 34А.

Для удаления с поверхности окисных пленок и защиты их от дальнейшего окисления служат флюсы, которые или растворяют окислы, или химически взаимодействуют с окислами и которые в виде шлака всплывают на поверхность шва. Также флюсы способствуют улучшению смачивания поверхностей пропоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя.

При пайке мягкими припоями применяются нашатырь (или хлористый аммоний), водный раствор хлористого цинка и хлористого аммония с концентрацией 20…50%. Соляную кислоту в качестве флюса не используют, а применяют водный раствор хлористого цинка, который получают травлением водного раствора соляной кислоты цинком:

HCl + Zn2® Zn Cl2 +H2.

Для исключения дальнейшей коррозии паяных деталей применяют канифоль, которую необходимо наносить на место пайки, но не на паяльник, т.к. при перегреве на паяльнике она может потерять свои флюсующие свойства.

При пайке твердыми припоями в качестве флюса используют буру или смесь её с борной кислотой и борным ангидридом. Подбором количества борного ангидрида изменяют температуру плавления флюса.

Паяние деталей мягкими припоями выполняется чаще всего с помощью паяльников (медных и электрических), а твердыми припоями — газовыми горелками или индукционным нагревом. Рабочая часть паяльника натирается нашатырем для удаления окислов, облуживается. Поверхность шва обезжиривается флюсом, паяльником расплавляется и переносится припой на место пайки и равномерно распределяется по ней.

Детали ходовой части строительных и дорожных машин имеют очень большой износ. В этом случае для восстановления их целесообразно применять заливку жидким металла (литейную сварку), т.к. другие способы (автоматическая наплавка, постановка бандажей и т.д.) не дают хорошего качества и очень дороги.

Деталь нагревают и помещают в кокиль, тоже нагретый до 200…250 °С. Через летники заливают в кокиль жидкий чугун или сталь, которые заполняют пространство между изношенной деталью и стенкой кокиля, происходит сварка металла, компенсирующая износ. Для деталей ходовой части последующей механической обработки не требуется. По сравнению с другими способами стоимость восстановления снижается в два …три раза, а долговечность находится на уровне новой детали.

Газовая сварка и наплавка.

Источником тепла при газовой сварке является пламя, получаемое при сгорании горючих газов в технически чистом кислороде. В качестве горючих газов применяются ацетилен, природный газ, пропан-бутан, пары бензина и керосина и др. Из-за простоты выполнения сварки и получения высокой температуры пламени чаще всего используется ацетилено-кислородная сварка.

Газовая сварка и наплавка уступает электродуговой по следующим позициям.

1. Большая зона теплового влияния приводит к большим деформациям детали при сварке.

2. Расходы на газ выше, чем расходы на электроэнергию.

3. Трудность механизации и автоматизации.

4. Ниже по производительности, т.к. максимальная температура в зоне горения газа (ацетилена) - 3150 °С, а в зоне горения электрической дуги-6000 °С .

5. Взрывоопасность горючих газов и кислорода.

Несмотря на эти недостатки газовая сварка широко используется при ремонте машин, т.к. эффективна при сварке тонколистового материала кабин, кузовов, баков и радиаторов, чугунных и алюминиевых деталей, при ремонте и монтаже трубопроводов. Достоинствами газовой сварки являются простота и высокая транспортабельность оборудования, возможность выполнения работ при отсутствии электросети, удобство регулирования процессом во время сварки. Немаловажной является возможность использования газового пламени для пайки и резки металлов.

Ацетилено-кислородная сварка выполняется (рис. 2.46) при сгорании ацетилена в кислороде , подаваемом из кислородного баллона , и в кислороде , имеющемся в воздухе.

В 1-ой зоне, в так называемом ядре, смесь подогревается до воспламенения и происходит частичный распад молекул ацетилена :

С2Н2 ® С2 + Н2.

Во 2-ой зоне , называемой сварочной частью, происходит сгорание ацетилена в чистом кислороде, подаваемом из баллона:

С2 + Н2 + О2 ® СО + Н2.

В 3-ей зоне , называемой факелом, догорает ацетилен в кислороде воздуха:

СО + Н2 + О2 ® СО2 + Н2О.

В зависимости от подачи кислорода можно получить нормальное, окислительное и науглераживающее пламя. При нормальном пламени горючее сгорает полностью; для этого требуется соотношение кислорода с ацетиленом 2,5 :1, причем из баллона поступает 1,1…1,15 его часть, а остальной кислород -из воздуха. Окислительное пламя ( избыток кислорода) используется для резки металлов и для сварки латунных деталей. Науглераживающее пламя (при избытке ацетилена в газовой смеси) применяется при сварке чугуна, алюминия и малоуглеродистых сталей.

Кислород получают ( рис. 2.47) методом глубокого охлаждения воздуха до температуры -194,5 °С . При этой температуре кислород уже будет в жидком состоянии ( температура сжижения его –183 °С), а азот будет еще в газообразном состоянии, т. к. температура сжижения у него еще ниже ( -196 ° С).

Кислород хранится в баллонах (голубой или синий цвет окраски ) при начальном давлении 15 МПа . Чаще всего используются 40 литровые, а при небольших объемах работ - 5-и и 10-и литровые баллоны. Перед работой на баллон ставят кислородный редуктор, с помощью которого устанавливается и автоматически во время работы поддерживается давление кислорода , подаваемого в газовую горелку ( 0.2….0,4 МПа) или кислородный резак (1,2…1,4 МПа).

Масла и жиры в атмосфере кислорода могут самовзгораться, поэтому при работе нужно соблюдать особую предосторожность: не допускать на рабочем месте грязных тряпок и замасленной ветоши , работать в не замасленных рукавицах.

Ацетилен C2H2 получают взаимодействием карбида кальция CaC2 с водой:

CaC2+ H2O ® C2H2 +Ca (OH)2.

Из 1 кг технически чистого карбида кальция получается 230…300 литров ацетилена.

Ацетиленовые генераторы выполняются по различным схемам:

1.“Карбид в воду”-карбид кальция из бункера в зависимости от давления ацетилена периодически поступает через питатель в воду. Эти генераторы наиболее производительны и наименее взрывоопасны.

2. «Вода на карбид» -в реторту с карбидом кальция подается вода в зависимости от давления ацетилена. Эти генераторы небольшой производительности, переносные, низкого давления.

3. «Погружением» и «вытеснением»- в зависимости от давления ацетилена в первом случае при превышении давления из воды поднимается корзина с карбидом кальция, а во втором –вода вытесняется от карбида кальция в соответствующий сосуд. Это тоже небольшой производительности и переносные генераторы.

4. Комбинированные схемы.

Для предохранения ацетиленовых генераторов от взрыва при обратном ударе пламени используются предохранительные водяные затворы.

По давлению ацетиленовые генераторы делятся на:

-низкого давления (0,001…0,01 МПа);

-среднего давления (0,01…0,15 МПа);

-высокого давления ( > 0,15 МПа).

Ацетилен в сжатом состоянии (3,5 МПа ) может храниться в 40, 10 и 5-и литровых баллонах (белый цвет окраски ). Так как ацетилен взрыво- и пожароопасен, то необходимы специальные меры хранения его. Ацетилен очень хорошо растворяется в ацетоне( 23:1) и в растворимом состоянии не взрывается при давлении до 1,6 МПа, а при наличии в баллоне пористой массы ( активированный уголь, пемза,…) не взрываются при очень высоких давлениях (свыше 16 МПа). Очень эффективным является использование в баллонах литой пористой массы (ЛПМ). Кроме повышенной взрывоопасности 40-литровые баллоны с массой ЛПМ вбирают до 7,4 кг ацетилена, а с активированным углем –только 5 кг.

По принципу смешивания газов сварочные горелки могут быть: инжекторные и безынжекторные. В инжекторных горелках кислород под давлением 0,2…0,4 МПа через регулировочный вентиль подается в инжектор, через продольные пазы которого подсасывается ацетилен, расход которого также регулируется вентилем. У горелок имеется до 9 сменных наконечников, позволяющих сваривать металлические детали различной толщины. Чем больше номер наконечника, тем больше диаметр проходного сечения горелки и, следовательно, будет больше расход газа, поэтому можно сваривать детали большей толщины. В зависимости от толщины детали выбирается диапазон расхода газа (номер горелки), а в процессе сварки вращением ацетиленового вентиля горелки более точно подбирается оптимальная мощность горения, а вентилем подачи кислорода -необходимый вид пламени ( нейтральное, окислительное или восстановительное). В безынжекторных горелках горючий газ и кислород подаются под одинаковым давлением (0,05…0,1 МПа) в смесительную камеру, выходят из мундштука и сгорают. Эти горелки менее универсальны, сложны в регулировании процесса и используются для сварки очень тонкого материала.

Технология газовой сварки.

Диаметр присадочной проволоки d выбирается в соответствии с толщиной свариваемого металла h :

d = h/2 +1, мм.

Мощность горелки подбирается в зависимости от толщины h свариваемых деталей и теплопроводности k материала. Часовой расход ацетилена А находится по формуле:

А=k h, л/ч,

где - h толщина детали в мм;

k- коэффициент удельного расхода ацетилена в литрах за времени сварки (час) на единицу толщины детали, л/ ч х мм (k=100…120 л/ ч х мм -стальные детали; k= 110…140 л/ ч х мм -чугунные детали ; k=60…100 л/ ч х мм -алюминиевые детали).

При увеличении толщины свариваемого металла надо обеспечить большую концентрацию тепловой энергии и, следовательно, больший угол наклона горелки (рис. 2. 48 ) к поверхности свариваемой детали.

По часовому расходу газа подбирается (табл 2.1) номер наконечника газовой горелки.

Табл 2.1).

Выбор наконечников газовой горелки.

Номер горелки	Часовой расход топлива, л/ч	Номер горелки	Часовой расход топлива, л/ч
	20…65 50…125 120…240 230…400 400…700		660…1100 1700…2800 1700…2800 3100…5000 5000…8000

При h<3 мм используется левая (рис. 2.49) сварка (горелка движется справа налево Ü ). Этот способ используется для тонколистового материала; обеспечивается хороший внешний вид сварного шва, т. к. пламя не препятствует наблюдать за зоной сварки.

При h>5 мм используется правая (рис. 2.49) сварка ( горелка движется слева направо Þ впереди присадочной проволоки). При этой сварке обеспечивается глубокое проплавление и высокая производительность, качественный шов из-за лучшей защиты расплавленного металла пламенем горючего газа и медленного остывания сварного шва, малая величина зоны термического влияния и меньшие деформации изделия .

Газопрессовая сварка – разновидность газовой сварки. Металл детали нагревают пламенем многосопловой горелки до перехода его в пластическое состояние (1200…1300 °С) и сваривают путем приложения удельной нагрузки 15…25 МПа . Таким образом, можно соединять трубы, рельсы и др.

Резка металлов.

При изготовлении строительных конструкций, при монтажных работах и ремонте машин необходимо разрезать сортовой прокат , элементы конструкций, детали машин. Используются следующие способы резки .

1. Механические:

- ручные ( зубило, ножовка, ножницы по металлу, …);

- механизированные ( фреза, резец, сверло, механическая ножовка, штамп, отрезной круг, механические ножницы-«гильотины», …).

2. Электродуговая резка.

3. Газовая (кислородная) резка.

4. Плазменная резка.

Ручные способы резки металлов применяются в основном в бытовых условиях. При небольших объемах работ эффективно использование отрезных (бакелитовых и др. ) кругов: шов получается ровный, нет деформаций металла, но относительно низкая производительность процесса и требуются повышенные меры безопасности при резке металлов. При резке в условиях строительной площадки, при монтаже и демонтаже конструкций наиболее эффективна кислородная резка. На машиностроительных заводах и заводах строительных конструкций применяются в основном штампы для листовой штамповки металла и «гильотины» для разделки проката ( листов, круга, шестигранника, швеллера,…).

Использование электродуговой резки не рационально, т.к. процесс резки малопроизводителен и получается плохое качество реза , поэтому во многих случаях необходима последующая механическая обработка реза. Следовательно, электродуговую резку можно использовать при малых объемах работ, когда одновременно проводится изготовление конструкции и подготовка элементов для сварки, т. е. в случаях организационных трудностей применения более эффективной резки параллельно с электродуговой сваркой.

Газовой резкой называют процесс сжигания металла в струе кислорода и удаление этой струей образовавшихся окислов.

Чаще всего используется кислородно-ацетиленовая резка. Процесс идет в следующей последовательности.

1. Металл сначала нагревается до температуры вспышки его в атмосфере кислорода:

C2H2 + O2 ® CO2+ H2O + Q;

2. Подается струя режущего кислорода, образуются окислы металлов и выделяется при окислении металла тепло:

Fe + O2 ® Fe O - Q;

3.Окислы металлов плавятся и выдуваются струей кислорода.

На плавление окислов ( пункт 3 ) затрачивается тепло Q, но одновременно с плавлением происходит образование окислов (пункт 2) , сопровождаемое выделением тепла Q , поэтому процесс резки поддерживается непрерывно.

Ацетилен при нормальной резке необходим только для воспламенения металла (пункт 1. Доведение температуры его до температуры вспышки ). После начала резки открывают вентиль подачи режущего кислорода и закрывают вентили подачи ацетилена и кислорода подогревающего пламени.

Процесс кислородной резки металла получается более экономичным по сравнению с процессом плавления металла, т.к. температура плавления окислов ниже температуры плавления металла.

Не все металлы можно разрезать кислородной резкой, а только в случаях, когда выдерживаются , указанные на рис. 2.50 и ниже, условия:

1. Температура плавления металлов Т п.м. должна быть выше температуры воспламенения Т в. м. их в атмосфере кислорода.

2. Пленка образовавшихся окислов не должна препятствовать дальнейшему окислению металла.

3. Количество выделяющейся теплоты должно быть достаточным для поддержания процесса резки.

4. Не должна быть высокая теплопроводность металла, чтобы не прерывался процесс.

5. Образовавшиеся окислы должны легко выдуваться кислородной струёй.

Из этих условий следует, что легко режется технически чистое железо и малоуглеродистая сталь. При содержании углерода более 0,7% процесс резки затруднен, т.к. у этих сплавов температура воспламенения металла достигает значений температуры его плавления. Также трудно режется легированная сталь , содержащая более 5% легирующих элементов .

Возможность резки легированнойстали можно определить по следующей эмпирической формуле:

Сэкв =С + 0,15 ( Cr +Мо ) + 0,14( Мп +V ) + 0,11 Si + 0,045( Ni +Cu )< 0,54 ,

в которой указано содержание химических элементов в сотых долях %.

В случае превышения значений Сэкв значениям, указанным в таблице 2.2, необходимы дополнительные технологические мероприятия , направленные на соответствующее обеспечение температурного режима сварки.

Таблица 2.2.

Технологические особенности кислородной резки высокоуглеродистых и легированных сталей .

Значение Сэкв Технологические особенности процесса резки

менее 0,54 Без технологических ограничений, зимой для сложных кон

туров подогрев до 150 °С.

0,54…0,7 Предварительный или сопутствующий подогрев до 150…

250 °С, охлаждение на воздухе.

0,7…0,94 Предварительный подогрев до 250…300 °С, медленное

охлаждение после резки

более 0,94 Предварительный подогрев до 350 °С, последующее

медленное охлаждение в печи.

Чугуны, высокохромистые стали, медные и алюминиевые сплавы не поддаются нормальному процессу кислородной резки по ряду причин (табл. 2.3).

Таблица 2.3.

Причины затрудненной резки некоторых сплавов.

Наименование сплавов	Основные причины затрудненной резки
Чугуны Хромистоникелевые и хромистые стали Алюминиевые сплавы Медные сплавы	Высокая температура воспламенения сплава Тв.м.@ Т п.м. Высокая температура плавления окислов (тугоплавкие пленки) Очень высокая температура плавления окисла Al2O3 Из-за высокой теплопроводности сплавов большие потери тепла, а оставшегося тепла недостаточно для обеспечения процесса резки

Применяются три способа кислородн<