Техника плазменной резки металла
Плазменная резка экономически целесообразна для обработки:
алюминия и сплавов на его основе толщиной до 120 мм;
меди толщиной до 80 мм;
легированных и углеродистых сталей толщиной до 50 мм;
чугуна толщиной до 90 мм.
Резак располагают максимально близко к краю разрезаемого металла. После нажатия на кнопку выключателя резака вначале зажигается дежурная дуга, а затем режущая дуга, и начинается процесс резки. Расстояние между поверхностью разрезаемого металла и торцом наконечника резака должно оставаться постоянным. Дугу нужно направлять вниз и обычно под прямым углом к поверхности разрезаемого листа. Резак медленно перемещают вдоль планируемой линии разреза. Скорость движения необходимо регулировать таким образом, чтобы искры были видны с обратной стороны разрезаемого металла. Если их не видно с обратной стороны, значит металл не прорезан насквозь, что может быть обусловлено недостаточным током, чрезмерной скоростью движения или направленностью плазменной струи не под прямым углом к поверхности разрезаемого листа.
Преимущества плазменной резки по сравнению с газовыми способами резки
значительно выше скорость резки металла малой и средней толщины;
универсальность применения – плазменная резка используется для обработки сталей, алюминия и его сплавов, меди и сплавов, чугуна и др. материалов;
точные и высококачественные резы, при этом в большинстве случаев исключается или заметно сокращается последующая механическая обработка;
экономичность воздушно-плазменной резки – нет потребности в дорогостоящих газах (ацетилене, кислороде, пропан-бутане);
возможность вырезать детали сложной формы;
очень короткое время прожига (при кислородной резке требуется продолжительный предварительный прогрев);
более безопасная, поскольку отсутствуют взрывоопасные баллоны с газом;
низкий уровень загрязнения окружающей среды.
Недостатки плазменной резки по сравнению с газовыми способами резки:
максимальная толщина реза обычно составляет 80–100 мм (кислородной резкой можно обрабатывать чугун и некоторые стали толщиной до 500 мм);
более дорогое и сложное оборудование;
повышенные требования к техническому обслуживанию;
угол отклонения от перпендикулярности реза не должен превышать 10–50º в зависимости от толщины детали (в противном случае существенно расширяется рез, что приводит к быстрому износу расходных материалов);
практически отсутствует возможность использования двух ручных резаков, подключенных к одному аппарату;
повышенный шум вследствие истечения газа из плазматрона с околозвуковыми скоростями;
вредные азотсодержащие выделения (при использовании азота) – для уменьшения разрезаемое изделие погружают в воду.
21) Электронно-лучевая сварка и резка.
Электронно-лучевая сварка – сварка, при которой нагрев и плавление изделий осуществляется потоком высокоскоростных электронов, движущихся под действием электрического поля в вакууме.
Технология сварки
Сварка выполняется внутри камеры в вакууме, полученным за счет откачивания воздуха до давления порядка 10-6–10-4 мм рт. ст. Пучок электронов создается в специальном устройстве – электронно-лучевой пушке.
Электроны испускаются катодом, нагреваемым электрической спиралью. Катод окружен прикатодным электродом, к которому также прикладывается отрицательный потенциал. Таким образом, осуществляется предварительная фокусировка электронов, вылетающих из катода в различных направлениях.
На некотором расстоянии от катода (обычно 3–10 мм) расположен ускоряющий электрод (анод), к которому приложен положительный потенциал. Из-за взаимного отталкивания электронов луч постепенно расширяется. Для его сжатия используется фокусирующая система, осуществляющая фокусировку магнитным полем. Точное наведение электронного пучка в зону сварки выполняет магнитная отклоняющая система.
Скорость электронов может составлять до 150 000 км/с и выше. Поэтому даже несмотря на очень малую массу электронов их кинетическая энергия оказывается достаточной для нагрева бомбардируемого изделия до температуры плавления и, следовательно, сварки.
Технический вакуум при сварке выполняет следующие функции:
уменьшает потери кинетической энергии электронов, позволяя им достигать свариваемого изделия практически без соударения с молекулами воздуха;
защищает раплавленный металл от взаимодействия с окружающей атмосферой
предотвращает дуговой разряд между катодом и анодом и обеспечивает химическую защиту катода;
способствует улучшению дегазации сварочной ванны, удалению оксидных пленок, что повышает качество соединения.
Преимущества
Высокая концентрация теплоты позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от 0,1 до 200 мм;
Для сварки требуется в 10-15 раз меньше энергии чем для дуговой сварки;
Отсутствует насыщение расплавленного металла газами.
Недостатки
Образование непроваров и полостей в корне шва;
Необходимость создания вакуума в рабочей камере.
Электронно-лучевая резка металлов основана на эффекте воздействия концентрированного потока энергии на поверхность тел. При этом часть потока энергии частично отражается от поверхности, а остальная часть энергии поглощается в тонком поверхностном слое, вызывая его нагрев, последующее плавление, горение, испарение и удаление расплава из зоны реза.
22) Способы выполнения швов по длине и сечению.
Существуют различные способы сварки швов по длине и сечению. Выбор их зависит от длины шва и толщины свариваемого металла. Условно принято швы длиной до 250 мм называть короткими, 250-1000 мм - средними, более 1000 мм - длинными.
Короткие швы сваривают на проход, т. е. при неизменном направлении сварки, от одного конца шва к другому.
Средние швы сваривают от середины соединения к концам или обратноступенчатым способом.
Длинные швы сваривают обратноступенчатым способом.
Сущность сварки обратноступенчатым способом заключается в том, что весь шов разбивается на короткие участки, длиной 100-300мм и сварка на каждом отдельном участке выполняется в направлении, обратном общему направлению сварки с таким расчетом, чтобы окончание каждого данного участка совпадало с началом предыдущего. Сварка обратноступенчатым способом применяется с целью уменьшения сварочных деформаций и напряжений.
По сечению сварные швы бывают однослойные или однопроходные, многослойные и многопроходные.
Многослойные швы чаще применяют в стыковых соединениях, многопроходные - в угловых и тавровых.
С целью сокращения времени между наложением отдельных слоев при многослойной сварке разделку рекомендуется заполнять каскадным методом или горкой.
Для предотвращения образования трещин заполнение разделки кромок при ручной дуговой сварке следует производить каскадным методом или "горкой". В этом случае каждый последующий слой накладывается на еще не успевший остыть предыдущий сдой, что позволяет снизить сварочные напряжения и деформации.
При каскадном методе заполнения шва, весь шов разбивается на короткие участки в 200 мм, и сварка каждого участка проводится таким методом. По окончании сварки первого слоя первого участка, не останавливаясь, продолжают выполнение первого на соседнем участке. При этом каждый последующий слой накладывается на не успевший остыть металл предыдущего слоя.
Сварка "горкой" является разновидностью каскадного способа и ведется двумя сварщиками одновременно, от середины к краям. Эти оба метода выполнения шва представляют собой обратноступенчатую сварку не только по длине, но и по сечению шва.
Основные способы перемещения конца электрода при РДС: а, б, в, г - при обычных швах; д, е, ж - при швах с усиленным прогревом кромок
Схемы сварки.
1— сварка на проход; 2 — сварка от середины к краям; 3 — сварка обратноступенчатым способом; 4 — сварка блоками; 5 — сварка каскадом; 6— сварка горкой
Однопроходной или
однослойный шов.
Многослойный шов
(число слоев равно числу проходов:
1,2,3,4,5 -число проходов; I,II,III,IV,V -число
слоев).
Многопроходной шов
(число слоев не равно числу проходов:
1,2,3,4,5,6,7,8 -число проходов; I,II,III,IV,V -число
слоев).
Односторонний и двухсторонний швы.
23) Расчет режимов ручной дуговой сварки.
Для расчета режима ручной дуговой сварки необходимо знать: диаметр электрода; силу сварочного тока; напряжение дуги; скорость сварки; род и полярность тока; время сварки.
Диаметр электрода (dэ, мм) определяют в зависимости от толщины листов свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.
Силу
сварочного тока (I,
А)
для ручной дуговой сварки определяют
по формуле:
где К – коэффициент, равный 25–60 А/мм;
dЭ – диаметр электрода, мм.
Род тока – постоянный или переменный; полярность – прямая или обратная.
Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги UД= 22 ÷ 28 В.
Скорость
сварки (V,
м/ч)
определяется по формуле:
где αН – коэффициент наплавки, г/А· ч; FШВ – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке, см2; ρ – плотность металла электрода, г/см3 (для стали ρ =7,8 г/см3).
Время
горения дуги (to,
ч)
определяется по формуле:
где Gн - масса наплавленного металла, г; ан – коэффициент наплавки, г/а*ч.
Полное
время сварки (Т, ч)
определяется по формуле:
где tO – время горения дуги (основное время),ч; kП – коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки 0,5 ÷ 0,55
24) Сварка в различных пространственных положениях.
Сварные швы производятся в нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях.
Нижние швы самые удобные для сварки потому, что капли электродного металла под собственной массой легко переходят в сварную ванну. Кроме того в этом положении удобно наблюдать за процессом сварки.
Сварка швов в положении, отличных от нижнего, имеет ряд особенностей.
При сварке в вертикальном положении металл в сварочную ванну переносится перпендикулярно силе тяжести. Поэтому сварка покрытыми электродами должна выполняться по возможности наиболее короткой дугой. При этом диаметр электродов должен быть не более 4-5 мм, а ток на 15-20% ниже значений тока при сварке в нижнем положении. При переходе металла электрода в сварочную ванну количество жидкого металла в ней увеличивается и под действием силы тяжести металл может вытечь. Поэтому электрод необходимо быстро отвести в сторону, чтобы металл затвердел. Сварку вертикальных швов веду сверху вниз или снизу вверх.
Более удобной является сварка снизу вверх, когда дуга возбуждается в самой нижней точке, где образуется площадка для затвердевшего металла, на которой удерживаются следующие капли расплавленного металла. Выполнять сварку сверху вниз значительно труднее, чем снизу вверх. Обычно этот метод применяется для сварки тонкого металла. В начале сварки электрод располагают перпендикулярно поверхности и дуга возбуждается в верхней точке шва. После появления заметной капли жидкого металла на свариваемой поверхности электрод наклоняют вниз под углом 10-15 градусов, а дугу направляют на расплавленный металл.
Горизонтальные швы сваривать труднее, чем вертикальные, поэтому их выполняют сварщики более высокой квалификации. Чтобы расплавленный металл не мог стечь, кромки на нижнем листе не скашивают, а сварку начинают на кромке нижнего листа, затем проваривают корень шва и переносят дугу на кромку верхнего листа (рис. 5). При наложении верхних уширенных валиков поперечные колебания конца электрода совершают под углом 45 градусов к оси шва. Сварку ведут электродами тех же диаметров и на тех же режимах, что и сварку вертикальных швов.
По технике выполнения сварка потолочных швов наиболее трудная. В данном случае сила тяжести препятствует переносу капель металла электрода в сварочную ванну и они стремятся стечь вниз. Преодолеть силу тяжести и удержать расплавленный металл от вытекания можно при небольшом объеме сварной ванны. Для этого сварку осуществляют электродами диаметром не более 4 мм при силе тока на 20-25% меньше, чем при сварке в нижнем положении короткой дугой и узкими валиками. Дуга должна быть как можно короче для перехода капель металла электрода в металл шва. Одновременно выполняют поперечные колебательные движения.
Заниженные режимы и неудобство сварки швов в различных пространственных положениях уменьшают производительность сварки. Поэтому, по возможности, изделия располагают так, чтобы сварка проходила в нижнем положении.
Сварные швы согласно ГОСТ 11969-79 по положению в пространстве имеют следующие условные обозначения: Н - нижнее; П - потолочное; Л – в лодочку; В - вертикальное; Г - горизонтальное; Пв - полу вертикальное; Пг – полу горизонтальное; Пп – полу потолочные.