5.1.7.2. Термічне різання металів

Одним з поширених способів термічного різання металів є газове різання.

Суть цього способу в тому, що метал 2 (рис. 5.1.24) у зоні різання попередньо нагрівають газокисневим полум'ям 3 до тем­ператури займання, після чого подають струмінь технічно чис­того кисню 4, в якому згоряє метал і видуваються утворені оксиди 1, а виділену теплоту використовують, щоб підтриму­вати горіння. Як бачимо, газокиснева суміш виходить з кіль­цевого каналу 7 різака 5, а струмінь кисню — з центрального каналу 6.

Різак переміщають у напрямку різання рукою або відповід­ними механізмами. Механізоване переміщення (напівавтомати­чне або автоматичне) забезпечує рівномірне переміщення різа­ка, внаслідок чого отримуємо гладку поверхню зрізу й більш високу точність розмірів.

Для нагрівання зони різання окрім ацетилену використову­ють природний газ, пропан-бутан, гас або бензин.

Газове різання можливе, якщо:

• температура плавлення металу вища за температуру його горіння;

• температура утворення оксидів не перевищує температу­ру плавлення металу;

• виділеної теплоти достатньо (або майже достатньо), щоб підтримувати горіння металу в кисні;

• теплопровідність металу не повинна бути надто великою, бо в протилежному випадку важко підтримувати в зоні різання необхідну температуру.

Переліченим умовам відповідають низьковуглецеві й низько-леговані сталі з невисоким вмістом вуглецю і не відповідають високолеговані та хромисті сталі, чавуни, мідь, сплави алюмі­нію й магнію. Тугокоплавкі оксиди можна перевести у легкоплав­кі сполуки, ввівши в зону різання разом зі струменем кисню відповідні порошкоподібні флюси (киснево-флюсове різання).

Суть контактного електричного зварювання полягає в тому, що заготовки 3 і 6 (рис. 5.2.1) нагрівають у зоні з'єднан­ня електричним струмом до пластичного стану або до частково­го розплавлення й пластично деформують, щоб зблизити з'єд­нувані поверхні до відстаней міжатомної взаємодії. Під дією двох рівних і протилежно спрямованих сил F мікровиступи на цих поверхнях зминаються, руйнуються оксиди й частково ви­тісняються назовні.

Кількість теплоти (Дж), що виділяється в зоні з'єднання під час проходження електричного струму, визначають за законом Джоуля-Ленца

де / — сила зварювального струму, A; R — сумарний опір у контактах і металі заготовок, Ом; т — час проходження струму, с.

Із формули (5.2.1) випливає, що необхідна для зварювання кількість теплоти виділяється лише у випадку проходження через заготовки значної сили струму (іноді десятки тисяч і на­віть сотні тисяч ампер), а також достатньо великого сумарного опору зварюваного металу. Оскільки опір в контакті заготовок найвищий (що зумовлено неповним приляганням з'єднуваних поверхонь, їх забрудненням і наявністю оксидів), то контакт заготовок нагрівається найбільше.

Розрізняють три основні види електроконтактного зварюван­ня: стикове, точкове і шовне.

Розділ 5.2 зварювання тиском

5.2.1. Контактне електричне зварювання

Завдяки технологічній простоті й високій продуктивності контактне електричне зварювання посідає друге місце після дугового і має тенденцію до зростання. Особливо широко конта­ктне зварювання застосовують в автомобільній промисловості, вагонобудуванні, літакобудуванні, приладобудуванні та інших галузях.

5.2.1.1. СТИКОВЕ ЗВАРЮВАННЯ

Стикове зварювання — з'єднання заготовок по всій площі їх стикування. Стиковим зварюванням з'єднують заготовки у вигляді стрижнів, труб, рейок залізничних колій, арматури за­лізобетонних виробів та ін. Розрізняють стикове зварювання опором і оплавленням.

Зварювання опором (рис.5.2.1) відбувається завдяки елек-тронагріву заготовок у зоні з'єднання до пластичного стану й пластичній деформації зони нагрітого металу. Торці 5 загото­вок 3 і 6 попередньо обробляють різанням, щоб отримати чисті поверхні дотику й добрий контакт між ними. Заготовки закріп­люють у затискачах 4 зварювальної машини й забезпечують щільний контакт силами F, після чого вмикають струм вторин­ної обмотки 2 трансформатора, під'єднаної до затискачів. Первинна обмотка І живиться від силової мережі. Силу зварю­вального струму регулюють, вмикаючи у мережу необхідну кіль­кість витків первинної обмотки. Уникнути нерівномірного на­гріву контактних поверхонь заготовок можна, обмежуючи їх площу до 300 мм² і застосовуючи заготовки компактного пере­різу (круг, квадрат).

До параметрів режиму стикового зварювання опором належать:

• величина зварювального струму /, А;

• сила, прикладена до заготовки F, Н;

• час проходження струму т, с.

Вдало підібрані параметри режиму гарантують високу якість зварних з'єднань.

Зварювання оплавленням не вимагає попередньої механіч­ної обробки торців заготовок, їх зближення відбувається при ввімкнутій напрузі й під невеликим тиском. Зближення загото­вок супроводжується неперервним оплавленням мікровиступів, які взаємно контактують, і закінчується утворенням тонкого шару розплавленого металу на з'єднуваних поверхнях. Рід­кий метал заповнює наявні западини, а його надлишок разом із оксидами й забрудненнями виштовхується назовні. Під кі­нець циклу тиск збільшують, щоб остаточно зблизити торці заготовок до відстаней міжатомної взаємодії, й одночасно ви­микають струм.

Зварювання оплавленням дає змогу надійно з'єднувати не лише однорідні, але й різнорідні метали, зокрема вуглецеву й швидкорізальну сталі, сплави міді та алюмінію, площа торців яких може перевищувати 3 000 мм²; допускається некомпактний переріз торців заготовок.