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