Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Котвицкий, А. Д. Сварка в среде защитных газов учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
137
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
14.24 Mб
Скачать

служивает плазменная сварка и резка металлов, которая характерна применением высокотемпературной плазмен­ ной струи.

П л а з м о й называется вещество в состоянии силь­ но ионизированного (электропроводного) газа. При рез­ ке температура плазмы составляет 10 000—20 000° С. В результате продувки столба электрической дуги газом интенсивно образуется плазма. Плазменная струя — это поток плазмы, полученной в результате продувки среды (газа или жидкости) сквозь столб горящей в го­ релке электрической дуги и выходящей из отверстия сопла. Проникающая плазменная дуга — это дуга, воз­ буждаемая на обрабатываемом металлическом объекте и стабилизированная соосным интенсивным потоком плазмы, обеспечивающим ее особо активное плавящее действие и удаление расплавленного металла.

Сущность создания плазменной струи заключается в том, что вытянутую электрическую дугу продувают газом, благодаря чему она сжимается и приобретает большую скорость в сопле ограниченного диаметра определенной высоты.

Как правило, наиболее целесообразна в энергетиче­ ском отношении электрическая дуга постоянного тока прямой полярности. При высокой температуре плазмен­ ной струн подвергаются резке любые металлы и неметал­ лы. Особый интерес для техники представляют плазмооб­ разующий газ аргон как инертный газ, не взаимодейст­ вующий с. электродом, и смесь аргона с водородом. Кроме того, применимы любые рабочие неактивные сре­ ды: аргон, азот, их смеси с водородом, допустимы амми­ ак, гелий; химически активные к обрабатываемому металлу среды: кислород или воздух в смеси с азотом, до­ пустима вода; двухатомные газы, которые, диссоциируя в дуге и рекомбинируя впоследствии на поверхности реза, обусловливают благоприятное распределение энергии, в особенности при резке металла значительной толщины.

Рабочую среду выбирают с учетом технико-экономи­ ческой целесообразности применения в зависимости от свойств обрабатываемого металла и возможности обеспе­ чения стабильности работы электродов. При резке сталей применяют химически активные газы, обеспечивающие наименьшее значение погонной энергии (удельная линей­ ная) и наименьшие затраты на электроэнергию. Наибо­ лее целесообразные газовые среды при плазменной резке

181

различных металлов прййеДены в табл. 58, а Допустимые толщины металла — в табл. 59.

Когда тепловой мощности плазменной струп не хвата­ ет на резку данной толщины металла, вступает в действие водород, атомы которого соединяются в молекулы и от­ дают ранее поглощенное тепло. Таким образом повыша-

Т а б л и ц а 58

Рабочие среды для плазменно-дуговой резки

Рабочая среда

Разрезаемый металл

Аргон и

Азот н его

его смесь

 

с водоро­

смесь с

 

дом

водородом

Аргон н

Кислород

его смесь

и его смесь Аммиак

с азотом

с азотом

Алюминиевый и его

+

+

0

сплавы

+

+

 

Медь и ее сплавы

Легированная сталь

0

0

0

+

0

Углеродистая

 

0

 

+

0

сталь

Условные обозначения рабочеП среды: И---- рекомендуемая, 0 —допусти­ мая, ------не рекомендуемая.

Т а б л и ц а 59

Допустимые толщины (мм) металла при плазменно-дуговой резке с различным рабочим напряжением

Рабочее напряжение, В

Алюминий и его сплавы

Сплавы железа

Мель

70—75

25

20

15

130—150

100

75

50

200—250

300

200

100

ется температура и мощность плазменной струи, благо­ даря чему становится возможным прорезать добавочную толщину металла. Особенно это заметно при резке алю­ миниевых сплавов. Режимы резки в среде плазмообра­ зующего газа азота в смеси с водородом приведены в табл. 60.'

Резку плазменной струей осуществляют вручную го­ релками типа ИМЕТ, УДР-2-58 (рис. 51) и др. или авто­ матическими установками (рис. 52).

182

Т а б л и ц а 60

 

Режимы плазменной резки

металлов

в среде

азота

 

 

и в смеси азота с водородом

 

Толщина

Расстояние

 

Вид рабочего газа

Скорость

разрезас-

ы от резака до

Ток, А

мого

ме­

разрезаемого

н его расход, л/мнн

резки, м/мин-

талла,

мм

металла, мм

 

 

 

 

10

5

350

N9

80

2,8

10

2

380—400

No

35—40

3,3

10

5

380—400

No+ H 2

50

3,6

25

5

350

N2

80

0,5

25

2

380—400

N2

29—32

0,7

25

5

380—400

N2+ H 2

50

1,1

50

4 - 5

350

N2

55—60

0,15

50

4 - 5

380—400

N2+ H 2 38-42

0,4

90

5

350

N2

36

0,12

90

2

380—400

N2

32

0,20

Скорость реза регулируют изменением величины ра­ бочего тока дуги (регулировка источником питания). Чем выше скорость резки, тем больше скос кромок реза. При достижении максимума скорости прекращается про­ резание листа металла.

Скорость резки быстро падает при увеличении толщи­ ны металла. При этом увеличивается ширина реза. При ручной резке равномерное ведение процесса обеспечива­ ется при скорости 2 м/мин.

В качестве электрода используют вольфрамовые стержни повышенной стойкости (например, лантанированные). Малой активностью к активным газам (напри­ мер, воздуху) обладают электроды гафниевые и цирко­ ниевые. На этой основе работают установки типа АВПР, предназначенные для резки в воздушной плазме (Инсти­ тут электросварки имени Е. О. Патона).

П л а з м е н н а я с в а р к а , н а п л а в к а и н а п ы ­ л е н и е м е т а л л о в . Получают развитие плазменно­ дуговые методы сварки, наплавки и напыления тугоплав­ кими порошками, в частности микроплазменная сварка тонколистовых металлов. Микроплазмой осуществляют сварку тонколистового алюминия толщиной 0,2—1,5 мм на токах от 10 до 100 А. В качестве плазмообразующего газа применяют аргон чистотой 99,6%, в качестве защит­ ного газа— гелий. Сварку ведут на переменном токе, что

183

ведет к разрушению на поверхности металла тугоплавкой пленки окислов.

Небольшая длина дуги (2—4 мм) при малом диаметре сопла обеспечивает плазменную струю малых размеров. Сопло для защитного газа изолировано от корпуса горел­ ки. Лучшие результаты достигнуты при сварке стыковых

соединений

с отбортовкой кромок в диапазоне

толщин

0,5—2,0 мм. С увеличением тол­

 

 

 

щины металла ток увеличива­

 

 

 

ют, а следовательно, и расход

 

 

 

защитного газа. Шов имеет хо­

 

 

 

роший внешний вид, структура

 

 

 

металла шва плотная, проч­

 

 

 

ность металла шваб—8 кГ/мм2.

 

 

 

При плазменной сварке ко­

 

 

 

эффициент

прочности

шва по

 

 

 

сравнению с основным

метал­

 

 

 

лом составляет 0,8—0,9. Успеш­

 

 

 

но свариваются сплавы алюми­

 

 

 

ния АД00, А5, АМцС, АМгЗ,

 

 

 

АМг5, АМгб и др. Этим спосо­

 

 

 

бом сваривают металлы, тре­

микроплазменной

свар­

бующие катодного распыления

 

ки:

электрод,

окисных

пленок — магний, бе­

/ — вольфрамовый

2 — изолятор,

3 — сопло

риллий и'их сплавы.

 

(аргона),

4 — сопло защит­

Дуга

прямой полярности

плазмообразующего

газа

ного газа

(гелия),

5 — при­

возникает

 

практически

мгно­

садочный

металл,

6 — сва­

 

риваемое

изделие,

7 — сжа­

венно после перемены полярно­

 

тая дуга

 

сти напряжения и горит в тече­ ние всего полупериода отрицательного напряжения. Дуга

обратной полярности возникает в тот момент времени, когда напряжение достигает величины, соизмеряемой с учетверенным значением падения напряжения на дуге.

Алюминиевые сплавы очищают катодным распылени­ ем тугоплавкого поверхностного окисного слоя алюминия (рис. 53, 54). Малогабаритная горелка (рис. 55) охлаж­ дается проточной водой. В горелке имеется лантанированный вольфрамовый электрод ВЛ-10 по ВТУ-СУО-021- 088ТУ диаметром 0,8—1,2 мм. Малогабаритный источник питания обеспечивает надежное возбуждение и горение дуги в процессе сварки на малых токах.

Кроме сварки и резки металлов, применяют также плазменный процесс напыления металлов тугоплавкими металлами и порошками из вольфрама, молибдена и др.

185

Т а б л и ц а 61

Характеристика установок УМП для напыления покрытий плазменным способом

Параметры

Рабочее давление, кГ/см2:

аргона............................... ...

водорода ..........................................

Расход, м3/ч:

аргона ...............................................

водорода ..........................................

Диаметр распыляемой проволоки, мм

Мощность, кВ т............................... ’ . .

Производительность (по вольфраму),

к г /ч ........................................................

УМП-1-61

СО сд 1

5 ,5 -6

1 ,0 -1 ,5

23

до 12

УМП-2-62

0, 8 - 1 , 2

2 — 4

до 2 0,95

21—23 1 ,0 -1 ,5

§28. ВОЗДУШНО-ДУГОВАЯ РЕЗКА

Кгазоэлектрической обработке металлов относится и воздушно-дуговая резка. Этот процесс относится к спосо­ бу резки путем выплавления металла из полости реза. Если зажечь дугу между металлом и электродом, то в

Рис. 56. Схема процесса воздушно-дуговой резки металлов

зоне дуги основной металл начинает плавиться, образует­ ся ванночка расплавленного металла, которую сдувают потоком воздуха, параллельным электроду. Воздушная струя должна быть соосной электроду, так к'ак попереч­ ный поток сдувает дугу и она гаснет, а соосная выдувает расплавленный металл, не сдувая дугу (рис. 56).

187

ную резку ведут так, чтобы угол наклона электрода к оси канавки составлял 25—45°. Ширина канавки (мм) зависит от диаметра электрода.

где b — ширина канавки, мм; d — диаметр электрода, мм.

Глубина канавки зависит от скорости резки. Наиболее целесообразно воздушно-дуговую использовать для раз­ делителей резки нержавеющих сталей и цветных метал­ лов толщиной до 20—25 мм.

Установка ПВД-1-65 является полуавтоматом для ме­ ханизированной воздушно-дуговой резки, что обеспечива­ ет стабильность процесса горения дуги и соответственно резки (рис. 58). Скорость резки достигает 250—1800 мм/мин, расход воздуха 30 м3/ч. В качестве источника пи­ тания применяют преобразователь ПСО-500 или ПСМ1000, а также сварочные трансформаторы, обеспечиваю­ щие ток до 500 А. Производительность резки определяется

количеством

выплавленного металла

(кг/ч) (табл. 62).

 

 

 

Т а б л и ц а 62

Производительность воздушно-дуговом резки (строжки), кг/ч

Рабочий ток,

А

Ннзкоуглеролистыс стали

Нержавеющие стали

200 .

 

7,0

10,0

300

 

10,7

14,7

400

 

14,2

19,4

500

 

18,0

24,2

§29. СВАРКА В КОНТРОЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЕ, ЭЛЕКТРОННЫМ ЛУЧОМ В ВАКУУМЕ И ДРУГИЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

Применение в технике новых материалов требует но­ вых методов сварки. Возрастающее применение тугоплав­ ких материалов (молибден, вольфрам, титан) и химиче­ ски активных (цирконий, уран, бериллий) объясняется их высокой жаростойкостью, коррозионной стойкостью • и другими ценными свойствами. Химически активные ме­ таллы ыогут в процессе сварки, даже при температуре

190

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ