10. Газовая сварка металлов (схема, сущность, особенности).

Газовая сварка находит большое применение на заводах, в ремонтном производстве, при монтажных и демонтажных работах, исправлении дефектов чугунного и стального литья. Газовую сварку используют для изготовления и ремонта деталей из стали, чугуна, латуней, бронз, алюминиевых и магниевых сплавов. Газокислородную резку применяют только для сталей. Газовая сварка и резка металла дороже электрической сварки в виду дороговизны применяемых газов.

Существенный недостаток газовой сварки и резки – взрывоопасность. Для предупреждения взрывов необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Газовая сварка и резка металла основана на использовании теплоты, получаемой от сгорания, горючего газа в смеси с кислородом. Однако между этими двумя операциями есть существенные различия, состоящие в том, что при сварке непрерывно используется пламя горючих газов, расплавляющее кромки заготовок и присадочный материал, а при резке металла это пламя используется для разогрева металла, а затем в место реза подается кислородная струя, в которой сгорает металл. Конструктивно отличается и резак от газовой горелки. В качестве горючих газов, совместно с кислородом для разных случаев сварки и резки применяют ацетилен, природный газ, пропан, пары керосина. Оборудование для газосварки и резки характеризуется сравнительной простотой.

Газовая сварка металла

Газовая сварка – сварка плавлением. Сущность процесса газовой сварки заключается в том, что свариваемый и присадочный металлы расплавляются в пламени, получаемом при сгорании горючего газа в смеси с кислородом, развивая температуру в два раза выше температуры плавления металла. При нагревании газосварочным пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом.

Рис. 1. Схема газовой сварки

1 – заготовка; 2 – присадочный металл; 3 – газовая горелка; 4 – газосварочное пламя.

В качестве горючих газов могут быть использованы ацетилен С2Н2, водород Н2, природный газ (содержащий примерно 94% СН4), нефтяные газы, пары бензина и керосина.

Перечисленные горючие газы главным образом используют для кислородной резки, не требующей высокой температуры плавления.

В сварочном производстве обычно применяют ацетилен. При горении в технически чистом кислороде он дает наиболее высокую температуру пламени (31500С) и выделяет наибольшее количество тепла – 13000 ккал/м3. Ацетилен легче воздуха и кислорода. При содержании в воздухе 2,8-80% ацетилена С2Н2, образуется взрывчатая смесь. Воспламеняется ацетилен при 4200С, становится взрывоопасным при сжатии свыше 0,175 МПа, а также при длительном соприкосновении с медью и серебром.

Ацетиленполучают из карбида кальция при взаимодействии последнего с водой. Реакция протекает с выделением значительного количества тепла.

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са (ОН)2

Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется 0,562 дм3, а практически во избежание перегрева ацетилена расходуют 5-20 дм3 воды. Средний выход ацетилена составляет 0,25-0,30 м3/кг.

Ацетилен взрывоопасен при избыточном давлении свыше 0,175 МПа, хорошо растворяется в ацетоне – в одном объеме ацетона при давлении 0,15 МПа растворяется 23 объема ацетона. Это свойство ацетилена используется для безопасного хранения в баллонах.

По сравнению с электродуговой сваркой газовая сварка процесс малопроизводительный. Ее применяют, в основном, при изготовлении тонколистовых стальных изделий, конструкций из проката, труб при толщине металла менее 3 мм, при сварке цветных металлов и их сплавов, при исправлении дефектов в чугунных и бронзовых отливках, а также в ремонтных работах.

Так при газовой сварке сталей толщиной менее 3 мм температура нагрева = 31200 С, а при электросварке для этого процесса необходима температура 60000 С. Т.е. применение газовой сварки более экономично. И еще, сваривая в ручную электрической сваркой, при такой температуре есть опасность прожога.

Температура пламени (средней зоны) в 2 раза больше температуры плавления металла.

Например, температура плавления меди tпл.=10800 С, а температура пламени 2400-26000 С

Сущность метода состоит в том, что высокотемпературное пламя сварочного газа нагревает кромки свариваемых деталей и часть присадочного материала (электродную часть).

Металл переходит в жидкое состояние, образуя так называемую сварочную ванну — область, защищенную пламенем и газовой средой, вытесняющей воздух. Расплавленный металл медленно остывает и затвердевает. Так формируется сварочный шов.

Используется смесь какого-либо горючего газа с чистым кислородом, играющим роль окислителя. Наиболее высокую температуру — от 3200 до 3400 градусов — дает газ ацетилен, получаемый непосредственно при сварке от химической реакции карбида кальция с обычной водой. На втором месте находится пропан — его температура горения может достигать 2800 °C.

Реже применяются:

метан;

водород;

пары керосина;

блаугаз.

У всех альтернативных газов и паров температура пламени существенно ниже, чем у ацетилена, поэтому сварка альтернативными газами практикуется реже, и только для цветных металлов — меди, латуни, бронзы и других, с небольшой температурой плавления.

У газовой сварки есть особенности по сравнению с электрической, которые формируют как ее недостатки, так и достоинства.

Достоинства и недостатки

Как и у любой вещи или явления, преимущества газовой сварки являются прямым отражением ее недостатков, и наоборот.

Основная характеристика газосварки — более низкая скорость нагрева оплавляемой зоны и более широкие границы этой зоны. В некоторых случаях это плюс, а в других — минус.

Это плюс, если нужно сварить детали из инструментальной стали, цветных металлов или чугуна. Для них требуется плавный нагрев и плавное охлаждение. Также существует ряд сталей специализированного назначения, для которых оптимален именно такой режим обработки.

К другим плюсам относится:

невысокая сложность технологического процесса газовой сварки;

доступность, адекватная стоимость оборудования;

доступность газовой смеси либо карбида кальция;

отсутствие необходимости в мощном источнике энергии;

контроль мощности пламени;

контроль вида пламени;

возможность контроля режимов.

Основных минусов у газовой сварки четыре. Первый — именно низкая скорость нагрева и большое рассеивание тепла (сравнительно низкий КПД). Из-за этого практически невозможно сваривать металл толщиной свыше 5 мм.

Второй — слишком широкая зона термического влияния, то есть зона нагрева. Третий — себестоимость. Цена расходуемого ацетилена при газосварке выше, чем цена электроэнергии, затраченной на тот же объем работы.

Ее четвертый недостаток — слабый потенциал механизации. Из-за своего принципа действия фактически может быть реализована только ручная газовая сварка.

Полуавтоматический метод невозможен, автоматический — только с применением многопламенной горелки, и только при сварке тонкостенных труб либо иных резервуаров. Такой метод сложен и рентабелен лишь при производстве полых резервуаров из алюминия, чугуна либо некоторых их сплавов.

11. Термическая резка металлов (схема, сущность, виды).

это способ раскроя металла путем его проплавления по заданной линии реза. Выделяют два основных вида термической резки – кислородную (газовую) и плазменную.

Газовая резка металла. Газовая резка металла осуществляется резаками за счет режущего газа направленного действия. Резаки могут быть как ручными так и автоматическими.

Основными преимуществами газовой резки является низкая стоимость и возможность раскроя металла толщиной до 500 мм. Недостатком такого вида резки металла является относительно низкое качество кромки. Есть и ряд ограничений: газовой резке не поддаются углеродистые, нержавеющие, высоколегированные стали, чугун, медь, алюминий и его сплавы, а также тонкостенные прокаты.

Плазменная резка. Основным инструментом для осуществления воздушно-плазменной резки является плазмотрон. Он генерирует дугу, теплота которой расплавляет металл в месте реза, а высокоскоростной плазменный поток удаляет расплавленный металл..

Среди преимуществ можно выделить возможность резки любого токопроводящего материала, высокую скорость и более качественную кромку реза по сравнению с газовой резкой. Главным недостатком является ограничение толщины разрезаемого материала. Максимально допустимая толщина даже у самых мощных аппаратов не превышает 80-100 мм.

Схема выполнения газовой резки: 1 – рез; 2 – газовая смесь; 3 – внутренний мундштук; 4 – наружный мундштук; 5 – струя режущего кислорода; 6 – излишки металла

12. Свариваемость металлов.

Свариваемость -способность металлов и сплавов образовывать сварные соединения, отвечающие нормальным условиям эксплуатации сварной конструкции. Одним из главных признаков плохой свариваемости металлов и сплавов является их склонность к образованию трещин. Сплавы с выраженной неоднородностью физико-мех свойств, склонные к образованию трещин, относят к сплавам с плохой свариваемостью, а сплавы однородные и не склонные к трещинообразованию- к сплавам с хорошей свариваемостью.

Свариваемость металлов зависит от их природы и от особенностей применяемого метода сварки. Основным материалом для получения сварных конструкций является сталь. На свариваемость углеродистых сталей наибольшее влияние оказывает содержание в них углерода. К хорошо сваривающимся относятся стали с содержанием углерода до 0,30%. Они свариваются в любых температурных условиях, в широком диапазоне толщин и форм деталей.

Отрицательное влияние на свариваемость стали оказывают примеси серы и фосфора. При одинаковом содержании углерода свариваемость легированных сталей хуже, чем углеродистых. Это объясняется их низкой теплопроводностью, а также окислением легирующих элементов и образованием карбидов при сварке. В результате изменяются свойства стали и могут образоваться трещины.

13. Сварка сталей (схема, сущность, особенности). Сварка ферритных

высокохромистых сталей. Сварка аустенитных хромоникелевых сталей.

14. Сварка чугуна (схема, сущность, особенности).

Применяется при ремонте различных чугунных изделий и при исправлении дефектов, полученных в процессе литья. Применяют холодную, полугорячую и горячую сварку чугуна. Сварка ведется на постоянном токе прямой полярности. Прочность соединений при сварке электродами из никелемедного сплава невысокая. В переходном участке из-за большой усадки никелемедного сплава часто образуются микроскопические трещины. Основное преимущество сварки такими электродами хорошая обрабатываемость швов. Поэтому этот способ применяют при заварке небольших раковин, механической обработке отливок

15. Сварка меди и ее сплавов (схема, сущность, особенности).

16. Сварка латуни (схема, сущность, особенности).

17. Сварка алюминия и его сплавов (схема, сущность, особенности).

18. Сварка магния и его сплавов (схема, сущность, особенности).

19. Сварка титана и его сплавов (схема, сущность, особенности).

20. Сварка пластмасс (схема, сущность, виды).

Пластмассы являются весьма перспективными конструкционными материалами.

Их используют в качестве заменителей черных и цветных металлов. В промышленности и машиностроении широко применяют пластмассы. Синтетические смолы являются основой различных пластмасс. Их разделяют на 2 группы: термореактивные и термопластические. Первые-несвариваемые. Вторые-хорошосвариваемые. Для сварки пластмасс используют различные методы:сварка нагретым газом(рисунок),сварка трением,сварка нагретым инструментом(бес присадочного материала),сварка ТВЧ.

21. Электрическая контактная сварка (схема, сущность, особенности).

22. Стыковая сварка (схема, сущность, особенности).

23. Точечная сварка (схема, сущность, особенности).

Схема точечной сварки. Точечную сварку применяют для соединения листовых конструкций, в которых необходимо обеспечить нужную прочность, а обеспечение плотности не является обя­зательным. Суммарная толщина листов обычно не превышает 10...12 мм. При точечной сварке сложенные внахлестку детали I (рис. II. 14, a) зажимают с некоторым усилием между медными элек­тродами 2, к которым через электрододержатели 3 подводится ток от сварочного трансформатора 4. Нижний электрод устанавливают неподвижно, а верхний вместе с электрододержателем перемещается с помощью механизма сжатия, который создает между электродами Необходимое давление Р. Зажав изделие, включают трансформатор, и место контакта между изделиями нагревается до образования ядра из расплавленного металла. Последующим приложением усилия осадки осуществляется сварка металлов, которая заканчивает­ся снятием давления и выключением тока. Ядро сварной точки имеет столбчатую дендритную структуру. Места контактов между электродами и изделиями нагреваются до более низкой температуры, так как выделяющееся здесь тепло активно отводится медными электродами, обычно охлаждаемыми водой.

На точечных машинах сваривают углеродистые, легированные, высоколегированные стали и цветные металлы. Различают так на­зываемые мягкие и жесткие режимы. Мягкие режимы характери­зуются относительно большей выдержкой сварной точки под током и небольшой плотностью тока. Их применяют при сварке углеро­дистых, низколегированных и другого типа сталей, склонных к закалке. Для мягких режимов время выдержки сварной точки под током составляет 0,2... 3 с, плотность тока — 80... 160 А/мм2 и дав­ление на электроды — 15...40 МПа.

Жесткие режимы характеризуются меньшей выдержкой сварной точки под током, большей плотностью тока и большим давлением. Поэтому они обеспечивают более высокую производительность сварки. Такие режимы используют для сварки низкоуглеродистых и высоколегированных сталей, не склонных к закалке. Их также применяют для сварки цветных металлов (меди, алюминия), име­ющих большую электро- и теплопроводность. Время выдержки на жёстких режимах составляет 0,001...0,1 с, плотность тока— 150...350 А/мм2 и давление на электроды — 40... 100 МПа.

Виды точечной сварки. Кроме рассмотренной выше основной схемы точечной сварки, в промышленности применяют одностороннюю точечную сварку, которая бывает одноточечной (рис. II. 14, б), двухточечной (рис. II. 14, в) и многоточечной (рис. II. 14, г). При одно­сторонней сварке электроды 2 располагают с одной стороны свари­ваемых изделий 1, а с другой подкладывают медные или бронзовые шины 5. Пои сварке ток проходит через электроды 2, свариваемые изделия 1 и медные шины 5.

Разновидностью многоточечной сварки является рельефная сварка (рис. II. 14, д), при которой в одной из свариваемых деталей) в местах соединений предварительно производится холодная вы­садка выступов. Рельефную сварку осуществляют на специальных сварочных прессах между медными плитами 2, которые являются электродами машины. После предварительного сжатия и включения тока происходит одновременный нагрев всех выступов, а после приложения усилия сжатия — их сварка.

3. Типы машин для точечной сварки.Серийные машины, исполь­зуемые для точечной сварки, выпускают мощностью 0,5... 1000 кВт и больше с ножным (педальным) приводом и произвольной выдерж­кой; с приводом от электродвигателя; с электромагнитным, пневма­тическим и пневмогидравлическим приводом управления и с элек­тронным регулированием времени сварки.