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

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

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

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

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

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

§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

§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