4.2.1.1. Общие сведения о дуговой сварке (ДС). Впервые дугу для сварки применил Н.Н. Бенардос в 1881 г. (для сварки он использовал дугу между угольным электродом и металлом), а Н. Г.Славянов в 1888 г.предложил дуговую сварку металлическим плавящимся электродом, которая нашла наибольшее применение среди других способов сварки. При ручной дуговой сварке (РДС) плавящимся электродом (рис. 4.7) дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и свариваемым металлом 1 способствует их плаванию, капли 5 расплавляемого электрода переносятся в сварочную ванну 9 через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится электродное покрытие 6, создавая газовую защиту 4 вокруг дуги 8 и расплавленного металла, а также жидкую шлаковую ванну, которая вместе с расплавленным металлом образует сварочную ванну. При передвижении дуги металл сварочной ванны затвердевает и превращается в сварной шов 3, на поверхности которого образуется шлаковая корка 2, удаляемая после остывания сварного шва.
Рис. 4.7. Схема сварки металлически покрытым электродом. |
|
|
Возбуждение дуги при ДС производится следующим образом:
1) подача от осциллятора, включенного в сварочную цепь, импульса тока высокого напряжения и высокой частоты (U= 2000-3000В; f=15∙104 Гц) с переходом искрового разряда в дуговой (используется при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом);
2) нагрев газов и паров металлов в дуговом промежутке за счет теплоты, выделяющейся при замыкании электрода и изделия (применяется при сварке плавящимся электродом).
Рис. 4.8. Статическая вольтамперная характеристика. |
Самое широкое применение нашла дуга с жесткой характеристикой, когда напряжение практически не зависит от тока: при ручной дуговой сварке, автоматической дуговой сварке под слоем флюса и газоэлектрической сварке. Дуга с падающей характеристикой малоустойчива и имеет ограниченное применение.
|
|
У дуги с жесткой характеристикой напряжение UД пропорционально ее длине LД: UД=А+В·LД, где А и В – опытные коэффициенты, зависящие от рода металла и вида газа в дуговом промежутке (для стальных электродов А=10В, В=2В/мм).
При сварке плавящимся (стальным) электродом температура катода составляет 2200-2400°С; анода – 2500-2700°С; в столбе дуги – 5000-6000°С.
4.2.1.2 Источники сварочного тока (ИСТ). Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную внешнюю характеристику. Внешней характеристикой источника называется зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в электрической цепи. Внешние характеристики могут быть следующих основных видов: падающая 1, пологопадающая 2, жесткая 3 и возрастающая 4 (рис. 4.9, а). Источник тока выбирают в зависимости от вольтамперной характеристики дуги, соответствующей принятому способу сварки.
Рис. 4.9. Внешние характеристики источников сварочного тока (а) и соотношение характеристик дуги и падающей характеристики источника тока при сварке (б).
Источники питания (ИП) для РДС и АДСФ должны иметь падающую или пологую внешнюю характеристику (рис. 4.9, б)– зависимость напряжения на выходных клеммах ИП от тока в сварочной цепи. Режим устойчивого горения дуги определяется точкой С пересечения с СВАХ 6 и источника тока 1. Точка A – режим холостого хода ИП (Uхх =60-80В); точка В – режим неустойчивого горения дуги; точка Д – режим короткого замыкания (UД =0). Источники питания с такими падающими или пологими характеристиками необходимы для обеспечения зажигания дуги и устойчивого ее горения; для сохранения практически постоянной ее мощности (колебания длины дуги и соответственно UД не приводят к значительному изменению Iсв) и для ограничения тока короткого замыкания (Iкз ≤1,5 Iсв). Для питания сварочной дуги применяют ИП переменного тока (сварочные трансформаторы) и постоянного (сварочные генераторы и выпрямители постоянного тока).
Сварочные трансформаторы – это понижающие трансформаторы (вторичное напряжение U2 =60-80В), падающая характеристика которых создается за счет повышенного магнитного рассеяния или включения в сварочную цепь индуктивного сопротивления (дросселя).
Наиболее простую схему имеют сварочные трансформаторы с отдельным дросселем (рис. 4.10, а), состоящие из двух отдельных частей: понижающего трансформатора 1 и дросселя 2 (переменного индуктивного сопротивления), включенного последовательно в сварочную цепь (тип СТЭ).
Рис. 4.10. Сварочные трансформаторы: а) типа СТЭ; б) внешняя характеристика трансформатора СТЭ; в) и г) типа ТС и ТД.
Трансформатор снижает напряжение сети до напряжения холостого хода (60—80 В), а дроссель, обладающий повышенным индуктивным сопротивлением, служит для получения падающей внешней характеристики (рис. 4.10, б). При прохождении переменного тока через обмотку дросселя 4 (рис. 4.10, а)в ней возбуждаются электродвижущие силы самоиндукции, направленных противоположно основному напряжению. В результате падения напряжения на дросселе источник сварочного тока получает падающую внешнюю характеристику.
Дроссель также служит для плавного регулирования сварочного тока путем изменения воздушного зазора 3 в его сердечнике. Так, например, с увеличением зазора индуктивное сопротивление дросселя уменьшается, а сварочный ток увеличивается (рис. 4.10, б, I-III).
Электрическая схема сварочного трансформатора с повышенным магнитным рассеянием представлена на (рис. 4.10, в). Катушкипервичной 6 и вторичной 5 обмоток раздвинуты относительно друг друга, что обусловливает их повышенное индуктивное сопротивление вследствие появления магнитных потоков рассеяния.
При работе трансформатора (рис. 4.10, в)основной магнитный поток Ф0, создаваемый первичной и вторичной обмотками, замыкается через железный сердечник 7. Часть магнитного потока ответвляется и замыкается вокруг обмоток через воздушное пространство, образуя потоки рассеяния ФS1 и ФS2. Потоки рассеяния индуктируют в обмотках электродвижущую силу, противоположную основному напряжению. С увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеяния и, следовательно, возрастает индуктивное сопротивление вторичной обмотки, что и создает внешнюю падающую характеристику трансформатора.
|
|
Для плавного регулирования сварочного тока изменяют расстояния между обмотками трансформатора. При сближении обмоток (рис. 4.10, г)происходит частичное взаимное уничтожение противоположно направленных потоков рассеяния ФS1 и ФS2, что уменьшает индуктивное сопротивление вторичной обмотки и увеличивает сварочный ток. Минимальный сварочный ток соответствует наибольшему расстоянию между обмотками и максимальным потоком рассеяния (рис. 4.10, в).
Сварочные генераторы – это специальные генераторы, падающая характеристика которых получается изменением магнитного потока генератора в зависимости от Iсв в электрической цепи. Падающая внешняя характеристика генераторов обеспечивается специальной схемой включения обмоток возбуждения либо особой конструкцией полюсов статора и якоря. На рис. 4.11 дана схема сварочного генератора с самовозбуждением с параллельной намагничивающей 2 и последовательной размагничивающей 7 обмотками возбуждения (рис. 4.11, а:1 — якорь; 3 — дополнительная и 4 и 5 — основные щетки).
Эти обмотки генератора включены таким образом, что создаваемые ими магнитные потоки направлены навстречу друг другу. При этом намагничивающий поток ФН не зависит от нагрузки, а размагничивающий поток Фрвозрастает по мере увеличения сварочного тока. Резуль
Рис. 4.11. Сварочные генераторы: а) схема сварочного генератора; б) внешняя характеристика генератора. |
|
|
Сварочные генераторы приводятся в действие электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания.
Сварочные выпрямители (рис. 4.12) состоят из трехфазного понижающего трансформатора 1, блока селеновых или кремниевых выпрямителей 2 и дросселя 3(типов ВСС, ВХС и ВД).
Рис.4.12. Схема сварочного выпрямителя.
Выпрямители имеют трехфазную мостовую схему выпрямления, обеспечивающую практическое постоянство выпрямленного напряжения. Дроссель служит для получения падающей внешней характеристики. По сравнению с генераторами постоянного тока выпрямители имеют высокие динамические характеристики из-за меньшей электромагнитной инерции. Они обеспечивают высокую стабильность горения дуги, особенно на малых токах. Выпрямители просты и надежны в эксплуатации вследствие отсутствия вращающихся частей. Для нормальной работы выпрямителей требуется интенсивное охлаждение, так как полупроводники нагреваются при работе. Поэтому выпрямители снабжены вентиляторами. Нагрев полупроводников иногда ограничивает мощность выпрямителей.
Сварочные выпрямители с пологопадающей и жесткой внешней характеристиками (типов ВС, ВСН и ИПП) применяют для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов.
4.2.1.3. Ручная дуговая сварка (РДС). РДС используется для изготовления сварных соединений практически всех типов из металлов толщиной от 2 до 60 мм. При РДС используют сварочные электроды, которые подаются в дугу и перемещаются вдоль изделия сварщиком вручную.
Процесс проведения ручной дуговой сварки описан в разделе дуговая сварка. Схема процесса сварки металлическим покрытым электродом показана на рис. 3.7. В перегретой сварочной ванне протекает ряд металлургических процессов: испарение или окисление (выгорание) некоторых элементов, например углерода и легирующих: марганца, кремния, хрома и др., а также насыщение расплавленного металла кислородом, азотом и водородом из окружающего воздуха. В результате изменяется состав сварного шва по сравнению с электродным и основным металлом, а также понижаются его механические свойства, особенно вследствие насыщения шва кислородом. Для обеспечения заданных состава и свойств шва в покрытие вводят легирующие элементы и элементы-раскислители.
4.2.1.4. Электроды для ручной сварки. Эти электроды представляют собой проволочные стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень электрода изготовляют из специальной сварочной проволоки повышенного качества. ГОСТ2246-70 на стальную сварочную проволоку предусматривает 56 марок проволоки диаметром 0,3-12 мм. Все марки сварочной проволоки в зависимости от состава разделяют на три группы: углеродистую (Св-08; Св-10ГС и др.), легированную (Св-18ХМА; Св-10Х5М и др.) и высоколегированную (Св-06Х19Н10М5Т; Св-07Х25Н13 и др.). В марках проволоки «Св» обозначает слово «сварочная».
Сварочную проволоку используют для изготовления стержней покрытых электродов, а также при автоматической дуговой сварке под флюсом, сварке плавящимся электродом в среде защитных газов и как присадочный материал при сварке неплавящимся электродом и газовой сварке.
Электроды классифицируют по следующим признакам: типу покрытия, химическому составу жидкого шлака, назначению.
По типу покрытия электроды подразделяют на электроды со стабилизирующим, защитным или легирующим покрытиями (качественными).
Стабилизирующие повышают стабильность горения дуги. В качестве стабилизирующих веществ применяют соединения калия, натрия, кальция, бария (силикаты натрия и калия, поташ, мел, мрамор). Газообразующие составляющие образуют при нагреве защитные газы вокруг дуги. К газообразующим относятся органические вещества и карбонаты (крахмал, оксицеллюлоза, мрамор, магнезит). Шлакообразующие составляющие при расплавлении образуют жидкий шлак на поверхности сварочной ванны. Шлак служит для защиты расплавленного металла от воздействия воздуха, а также является средой, через которую осуществляется раскисление и легирование наплавленного металла. Для получения шлака в покрытия вводят марганцевую руду, полевой шпат, плавиковый шпат, мрамор, рутил и др. Раскисляющие составляющие предназначены для восстановления окислов, находящихся в сварочной ванне. В качестве раскислителей в ряде случаев применяют ферросплавы: ферромарганец, ферросилиций и др. Из жидкого шлака раскислители переходят в расплавленный металл, восстанавливают окислы и в виде нерастворимых окислов самого раскислителя снова возвращаются в шлак.
Легирующие составляющие служат для получения наплавленного металла требуемых химического состава и механических свойств.
Легирующими составляющими в покрытии являются феррохром, ферромолибден, ферротитан и др.
В качестве связующего в основном применяют жидкое натриевое стекло связывает порошкообразные составляющие покрытия в обмазочную массу, а после просушивания и прокалки придает покрытию электродов необходимую прочность.
По химическому составу жидких шлаков электродные покрытия можно подразделить на кислые и основные. В состав кислых покрытий входят: SiO2 (оксид кремния), марганцевая руда, полевой шпат, рутил (природный минерал, состоящий в основном из двуокиси титана) и т. п. Электроды с кислыми покрытиями применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей. В шлаках основных покрытий преобладает окись кальция (СаО). Основные шлаки обеспечивают достаточно хорошее раскисление и позволяют вводить в металл шва значительные количества легирующих элементов. В состав основных покрытий входят мрамор, плавиковый шпат (CaF2) и ферросплавы. Электроды с основным покрытием (фтористокальциевым) используют для сварки легированных и высоколегированных сталей.
По назначению стальные электроды в соответствии с ГОСТ9486-75 подразделяют на следующие четыре класса: для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей; для сварки теплоустойчивых сталей; для сварки высоколегированных сталей; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.
Согласно ГОСТ 9467-75 электроды для сварки конструкционных сталей (Ст3, 45, З0ХГСА и др.) подразделяют на типы Э34, Э42,..., Э145 в зависимости от механических свойств наплавленного металла. Цифры в обозначении типа электрода означают прочность наплавленного металла в кгс/мм2. Электроды для сварки теплоустойчивых сталей (12ХМ, 15ХМ, 20ХМФ и др.) подразделяют на типы Э-ХМ, Э-ХМФБ и др. в зависимости от химического состава наплавленного металла. Буквы М, X, Ф и Б означают легирование соответственно молибденом, хромом, ванадием и ниобием, повышающими теплоустойчивость сварного шва.
Электроды для сварки высоколегированных сталей (0Х18Н9Т, Х25Н20С2, Х17 и др.) согласно ГОСТ 10052—75 классифицируют по структуре и составу металла сварного шва. Так, например, электроды ЭА-ЗМ6, ЭА-2Б и др. являются электродами аустенитного типа (А – аустенитный) с добавками молибдена, ниобия и других элементов.
Обозначение наплавочных электродов согласно ГОСТ10051-75 соответствует химическому составу наплавки и ее твердости по Роквеллу. Буква У означает содержание углерода в десятых долях процента. Например, ЭН-У30Х28С4Н4-50 – электроды наплавочные (ЭН), дающие наплавку, содержащую 3%С и другие легирующие элементы в соответствии с маркой, и обладающие твердостью 50HRC. Такие электроды применяют для наплавки на поверхность деталей, испытывающих при работе сильный абразивный износ при нормальной и повышенной температурах (до 500°С; скребки скреперов, лопасти смесительных машин и т. д.).
Помимо типа электрода, важной характеристикой является его марка, которая определяет состав покрытия (УОНИ-13/45, ЦЛ-18, ЦЛ-11, ЦЛ-10 и т. д.). Марка электрода характеризует также его технологические свойства: род и полярность тока, возможность сварки в различных пространственных положениях и др.
Режим ручной дуговой сварки. Основным параметром режима ручной дуговой сварки является сила сварочного тока. Ток (в А)выбирают в зависимости от диаметра и типа металла электрода:
,
где k – опытный коэффициент, равный 40-60 для электродов со стержнем из низкоуглеродистой стали и 35-40 для электродов со стержнем из высоколегированной стали, А/мм; dэ – диаметр электрода, мм.
Диаметр электродов выбирают исходя из толщины стали δ:
δ, мм | 1-2 | 3-5 | 4-10 | 12-24 и более |
dэ, мм | 2-3 | 3-4 | 4-5 | 5-6 |
При толщине стали до 6 мм сваривают по зазору без разделки кромок заготовок. При больших толщинах делают одностороннюю или двустороннюю разделки кромок под углом 60°. Разделка необходима для обеспечения полного провара по толщине. При толщине свыше 10 мм сваривают многослойным швом.
Ручную дуговую сварку довольно широко применяют в производстве металлоконструкций для самых различных металлов и сплавов малых и средних толщин (2—30 мм). Она все еще остается незаменимой при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более низкой производительностью по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом из-за ограничения величины сварочного тока. Поэтому ее постепенно заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.
4.2.1.5. Автоматическая дуговая сварка под флюсом (АДСФ). При этом способе используют процесс, отличающийся от ручной сварки покрытыми электродами следующим: сварку ведут непокрытой электродной проволокой, дугу и сварочную ванну защищают флюсом, подача и перемещение электродной проволоки механизированы.
Схема процесса автоматической сварки под флюсом показана на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса (АДСФ). |
АДСФ применяют в заводских и монтажных условиях для сварки швов большой протяженности в нижнем положении и кольцевых поворотных швов. Сваривают стали, алюминий, титан, медь и их сплавы толщиной от 2 до 300мм.
Преимуществами АДСФ являются: высокая производительность (в 5-10 раз выше, чем при РДС) благодаря применению больших токов, большей глубины проплавления, отсутствию потерь металла на угар и разбрызгивание, а также механизации процесса; высокое качество сварных швов за счет хорошей защиты металла в процессе сварки и равномерного их формирования; улучшение условий труда сварщиков и др. Недостатки АДСФ заключаются в трудности сварки коротких швов, а также швов, расположенных в сложных пространственных положениях и труднодоступных местах.
Флюсы для автоматической сварки классифицируют по способу изготовления, химическому составу и назначению. Но способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и неплавленые. Неплавленые флюсы подразделяют на керамические и спеченые. Плавленые флюсы приготовляют путем сплавления исходных компонентов в электропечах. После получения стекловидной массы производят ее грануляцию на частицы диаметром 1-3мм. Керамические флюсы приготовляют из порошкообразных компонентов путем замеса их на жидком стекле, гранулирования и последующего прокаливания, спеченные – путем спекания компонентов без их расплавления.
Исходными материалами плавленых флюсов для сварки сталей (ГОСТ9087-69) являются марганцевая руда, кремнезем, полевой и плавиковый пшаты и другие компоненты. Большинство плавленых флюсов (марганцевые, высококремнистые) дают жидкие шлаки, содержащие большое количество окислов марганца и кремния (МnО и SiО2). Эти шлаки имеют кислый характер. При сварке в их присутствии происходят процессы окисления углерода, железа и легирующих элементов. Образующаяся FeO связывается в кислом шлаке в нерастворимый силикат и, следовательно, удаляется из металлической ванны. В свою очередь, ванна обогащается кремнием и марганцем.
Марганцевые высококремнистые флюсы применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей соответствующими сварочными проволоками; низкокремнистые флюсы с повышенным содержанием CaO, MgO и CaF2, шлаки которых имеют слабокислый характер, — для сварки легированных сталей. Для сварки высоколегированных сталей с большим содержанием таких легкоокисляющихся легирующих элементов, как хром, молибден, титан, алюминий и др., применяют безкремнистые флюсы на основе соединений CaO, GaF2 и А12О3 и бескислородные фторидные флюсы, состоящие из 60-80% CaF2. Шлаки этих флюсов имеют основной или нейтральный характер. Состав флюсов сказывается на их технологических свойствах. Флюсы с высоким содержанием SiО2 обеспечивают хорошее формирование шва, легкую удаляемость шлака, высокую плотность сварного шва и т. п. При отсутствии или малом количестве SiО2 в шлаке возможны образование пор в шве и плохая отделяемость шлака от его поверхности.
Основу керамических флюсов составляет мрамор, плавиковый шпат или фториды и хлориды щелочноземельных металлов. В них также входят ферросплавы сильных раскислителей (кремния, титана, алюминия) и легирующих элементов и чистые металлы. Шлаки керамических флюсов имеют основной или пассивный характер и обеспечивают получение в металле шва заданное содержание легирующих элементов. Керамические флюсы применяют при сварке легированных сталей, цветных металлов и их сплавов.
Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными автоматами: сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися непосредственно по изделию. Основным назначением сварочных автоматов является подача электродной проволоки в дугу и поддержание постоянного режима сварки в течение всего процесса. Последнее необходимо для обеспечения одинаковых размеров и неизменного качества всего сварного шва.
4.2.1.6. Дуговая сварка в защитных газах. В этом случае дуга горит в струе газа, подаваемого через сварочную горелку и защищающего расплавленный и остывающий металл от вредного воздействия газов воздуха.
Аргонодуговая сварка (ДАС) неплавящимся вольфрамовым электродом в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах используется для сварки активных металлов (Al, Mg) и легированных сталей толщиной от 0,5 до 3мм без присадочного металла, а при толщине от 3 до 60мм – с присадочным металлом (рис.4.14, а, б).
Рис. 4.14. Разновидности сварки в защитных газах: 1 – присадочный пруток или проволока; 2 – сопло; 3 – токопроводящий мундштук; 4 – корпус горелки; 5 – направляющийся вольфрамовый электрод; 6 – рукоять горелки; 7 – атмосфера защитного газа; 8 – сварочная дуга; 9 – ванна расплавленного металла; 10 – кассета с проволокой; 11 – механизм подачи; 12 – плавящийся металлический электрод (сварочная проволока). |
4.2.1.7. Сварка и обработка материалов плазменной струей. Плазменная струя представляет собой направленный поток ионизированных частиц газа, получаемого при продувании через столб электрической дуги. Плазменная струя имеет температуру 10000-20000°К. Плазменную струю, как высокотемпературный и концентрированный источник теплоты широко применяют для сварки и других видов обработки материалов.
Различают два типа плазменной струи: выделенную из дуги и совпадающую со столбом дуги (рис. 4.15).
В плазматронах первого типа (рис. 4.15, а) дуга 1 горит между неплавящимся вольфрамовым электродом 2 и соплом 5, к которому подключен поло-жительный полюс источника тока. По каналу 4 через столб дуги пропускается плазмообра
Рис. 4.15. Схемы получения плазменной струи, выделенной из дуги (а) и совмещенной с дугой (б). |
Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты от природы обрабатываемого материала, поэтому его можно использовать для обработки электропроводных и неэлектропроводных материалов.
В плазматронах второго типа (рис. 4.15, б) устройство такое же как и первого типа. Они так же имеют изолированный от электрода совмещенный канал корпуса 4 и сопла 5, но плазменная дуга горит между электродом 2 и электропроводной заготовкой 7. Плазменную дугу зажигают с помощью осциллятора. Для этого к соплу подведен токопровод через сопротивление от положительного полюса источника. В качестве плазмообразующего газа, как правило, используют аргон, который обеспечивает устойчивость процесса образования плазмы, предохраняет электрод, канал и сопло от быстрого износа, а также служит защитной средой для обрабатываемого материала. Для получения мощной плазменной струи последнего типа используемого для резки, применяют двухатомные газы (водород или азот).
Плазменная струя обладает большими технологическими возможностями: эффективную тепловую мощность можно регулировать в широких пределах путем повышения или понижения сварочного тока и расходом плазмообразующего газа, возможность обрабатывать неэлектропроводные материалы.
4.2.1.8. Электрошлаковая сварка (ЭШС). ЭШС – способ сварки плавлением, при котором для плавления металла используется теплота, выделяющаяся при прохождении электрического тока через электропроводный шлак (расплавленный флюс). В начале процесса возбуждают дугу, с помощью которой расплавляют флюс, засыпаемый в полость, образованную кромками свариваемых деталей 6, ползунов 7и вводной технологической планкой 9(рис. 4.16).
После образования шлаковой ванны 3дуга гаснет и процесс дуговой переходит в электрошлаковый. В нагретом до 2000°С шлаке плавится электрод 4, подаваемы с помощью мундштука и оплавляются кромки свариваемых деталей, устанавливаемых с зазором 20-50мм. Для формирования сварного шва 8 и удержания шлаковой и металлической ванн 2 от вытекания используют – медные ползуны, охлаждаемые водой 1и перемещающиеся вместе со сварочным аппаратом по боковым поверхностям деталей. Кристаллизующийся в нижней части металлической ванны металл образует сварной шов.
Сварку заканчивают на выходной планке 10. Вводную и выходную планки применяют для устранения дефектов. В начале шва – непровар кромок, в конце шва – усадочная раковина и неметаллические включения.
Рис. 4.16. Схемы электрошлаковой сварки. |
4.2.1.9. Газовая сварка (ГС). ГС – способ сварки плавлением, при котором металл в сварочной ванне нагревается пламенем газа (ацетилена, метана), сжигаемого для этой цели в смеси с кислородом в сварочных горелках (рис.4.17, а, б).
а) б)
Рис. 4.17. а) схема газовой сварки: 1 – свариваемые заготовки; 2 – присадочный пруток; 3 – горелка; 4 – сварочное пламя; б) схема газосварочной горелки: 1 – мундштук; 2 – наконечник; 3 – камера смешения; 4 – камера разряжения; 5 - инжектор; 6 – вентиль подачи кислорода; 7 – вентиль подачи ацетилена.
Преимущество ГС – это ее универсальность. С помощью ГС можно сваривать металлы различной толщины с различными свойствами (стали, чугуны, цветные металлы). Недостатками ГС являются трудность автоматизации процесса и длительное тепловое воздействие на металл, что приводит к изменению структуры и формы сварного соединения.
4.2.1.10. Резка металлов. Резка металлов – отделение частей (заготовок) от сортового или листового металла способами кислородной с помощью газокислородного резака (рис. 4.18), дуговой и воздушно-дуговой резки.
Рис. 4.18. Схема газокислородного резака: 1 – подогревающее пламя; 2 – режущая струя; 3 – мундштук резака; 4 – трубка для подачи режущего кислорода.
Кислородная резка – процесс сгорания металла в струе кислорода. Процесс резки начинается с нагрева металла в начальной точке реза до температуры, достаточной для воспламенения в кислороде с помощью подогревающего пламени, затем на нагретое место направляют струю чистого кислорода, который принято называть «режущим». «Режущий» кислород вызывает интенсивное окисление верхних слоев металла, которые, сгорая, выделяют дополнительное количество теплоты и нагревают лежащие ниже слои металла, в результате чего процесс горения металла в кислороде распространяется по всей толщине металла. Образующиеся при сгорании металла оксиды увлекаются струей «режущего» кислорода и выдуваются ею из зоны реза. Кислородная резка применима лишь для тех металлов, у которых: температура воспламенения ниже температуры плавления; температура плавления оксидов металла ниже температуры плавления самого металла; оксиды жидкотекучи; количества теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислороде, достаточно для поддержания непрерывного процесса резки; малая теплопроводность. Этим условиям удовлетворяют железо и малоуглеродистые стали. Для резки легированных сталей применяют кислородно-флюсовую резку. Флюс (порошок железа) сгорает в струе кислорода и повышает температуру в зоне реза настолько, что образующиеся тугоплавкие оксиды остаются в жидком состоянии и, будучи разбавлены продуктами сгорания железа, дают жидкотекучие, легко удаляемые шлаки.