Технология конструкционных материалов

Пост для газовой сварки (рис. 18.23) состоит из переносного аце­ тиленового генератора с предохранительным затвором или баллона

сгорючим газом, баллона с кислородом, газовых редукторов, рукавов

исварочной горелки со сменными наконечниками. Также применя­ ются стационарные ацетиленовые генераторы, от которых ацетилен подается по ацетиленопроводу к сварочному посту.

Рис. 18.23. Оборудование поста для газовой сварки:

/ —сварочная горелка; 2 — кислородный редуктор; 3 — баллон с кислородом; 4 — предохранительный затвор; J — рукава

Для производства ацетилена применяют различные конструкции генераторов. В основу их классификации положены следующие при­ знаки: способ установки, производительность, давление вырабаты­ ваемого ацетилена, система регулирования взаимодействия карбида кальция с водой.

По способу установки генераторы подразделяют на передвижные и стационарные. Производительность передвижных генераторов не превышает 5 м3/ч.

По давлению вырабатываемого ацетилена генераторы делятся на три группы: низкого (до 0,01 МПа включительно), среднего (0,01...0,15 МПа) и высокого (свыше 0,15 МПа) давления.

По системам регулирования взаимодействия карбида кальция с во­ дой различают генераторы с количественным и повременным регули­ рованием реагирующих веществ.

Количественное регулирование ацетилена осуществляют перио­ дической дозировкой либо карбида кальция при постоянном объеме воды в зоне реакции (система «карбид в воду»), либо воды при загрузке всего карбида кальция (система «вода на карбид»). Широко применя­

Обратным ударом называют проникание фронта пламени внутрь канала сопла горелки и распространение его навстречупотоку горючей смеси. Возможность обратного удара определяется соотношением ско­ рости истечения смеси и скорости ее воспламенения. Обратные удары возникают при чрезмерном нагреве горелки, малом расстоянии мунд­ штука от поверхности нагрева, закупоривании мундштука и других ус­ ловиях.

Предохранительные устройствадля зашиты генератора от обратных ударовпламени представляют собой водяныезатворы (рис. 18.25). Кор­ пус 3 затвора заполняют водойдо уровня контрольного крана КК. Аце­ тилен подводится по трубке 5 и проходит через обратный клапан 4, расположенный в нижней части корпуса. В верхнюю часть корпуса газ проходит через отражатель 2. Ацетилен отводится к месту потребления через расходный кран РК. В верхней части корпуса имеется трубка, за­ крытая мембраной 1 из алюминиевой фольги. При обратном ударе пламени мембрана разрывается, и взрывчатая смесь выходит наружу. Давление взрывачерез водупередается на клапан 4, который закрывает подвод газа от генератора.

Рис. 18.25. Схема затвора закрытого типа:

а — нормальная работа затвора; б — обратный удар

Кислород поставляется к месту сварки в стальных баллонах емко­ стью 40 дм3 под давлением 15 МПа.

Редукторы предназначены для понижения давления газа, отби­ раемого из баллона, до рабочего давления и автоматического под­

держания его постоянным независимо от изменения давления газа в баллоне.

Сварочная горелка является рсновным инструментом при газовой сварке. Она предназначена для регулируемого смешения кислорода и горючего газа и создания сварочного пламени требуемого состава. По способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру горелки подразделяются на горелки низкого давления — инжекторные (рис. 18.26, а) и высокого давления — безынжекторные (рис. 18.26, 6). В горелках низкого давления для подсоса горючего газа используется встроенный инжектор, при этом давление кислорода составляет 0,15...0,5 МПа, а давление горючего газа — 0,001...0,12 МПа. В горелке высокого давления горючий газ и кислород подаются под примерно одинаковым давлением — 0,05...0,1 МПа. Наиболее распространены горелки низкого давления. Горелки снабжаются комплектом смен­ ных наконечников, которые определяют их мощность.

а

Рис. 18.26. Горелкидля газовой сварки:

а—инжекторная(низкогодавления); б—безынжекторная(высокогодавления)

Газовую сварку используют для получения сварных соединений различных металлов и сплавов.

Низкоуглеродистые и низколегированные стали свариваются без особых затруднений. Сварку ведут нормальным пламенем и, как пра­ вило, без флюсов. Расход горючего газа устанавливается по выраже­

где 5 — толщина металла, мм.

Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла:

Для неответственных конструкций в качестве присадочного мате­ риала применяют сварочную проволоку Св-08 и Св-08А, при сварке ответственных конструкций — Св-08Г, Св-08ГА, Св-ЮГА и Св-14ГС.

При сварке меди возникает ряд трудностей, обусловленных ее фи­ зико-механическими свойствами. Медь склонна к окислению с об­ разованием тугоплавких оксидов, поглощению газов расплавленным металлом, обладает высокой теплопроводностью, большим коэффи­ циентом линейного расширения при нагревании.

Склонность к окислению вызывает необходимость применения при сварке специальных флюсов, защищающих расплавленный ме­ талл отокисления и растворяющих образующиеся оксиды, переводя их в шлаки. Высокая теплопроводность требует применения более мощ­ ного пламени, чем при сварке стали. Мощность пламени при сварке меди толщиной до 4 мм выбирают из расчета расхода 150...175 дм3/ч ацетиленана 1 ммтолщины, притолщинедо 8...10 мм — 175...225дм3/ч.

Сварка проводится восстановительной зоной, расстояние от кон­ ца ядра до свариваемого металла — 3...6 мм. Применяется левый и правый способы сварки, но предпочтительнее правый способ с на­ клоном мундштука горелки к свариваемому изделию 40...50°, а при­ садочной проволоки — 30...40°. Свариваемые изделия рекомендуется устанавливать под углом 10° к горизонтальной плоскости, сварка при этом ведется на подъем.

В качестве присадочного материала при сварке меди толщиной до 5 мм применяют прутки из меди диаметром 1,5...3 мм, свыше 5 мм — медную проволоудиаметром более 5мм, содержащую 0,2...0,7 % фос­ фора или 0,2 % фосфора и 0,15...0,30 % кремния.

Глава 19

СВ А Р К А Д А В Л Е Н И Е М

19.1.Общаяхарактеристика способовконтактной сварки

Контактная электрическая сварка является основным видом сварки давлением. Все способы контактной сварки основаны на нагреве и пластической деформации заготовок вместе их соединения. Нагрев осуществляется теплотой, которая выделяется при прохождении элек­ трического тока через находящиеся в контакте соединяемые части.

Под термином «контактная сварка» подразумевают процесс обра­ зования неразъемных соединений металлов в результате их кратко­ временного нагрева электрическим током и пластического деформи­ рования усилием сжатия.

Известные способы контактной сварки классифицируются по сле­ дующим признакам:

□технологии получения соединений — точечная, рельефная, шовная, стыковая;

□состоянию металла в зоне сварки — с расплавлением металла и

без расплавления;

□способу подвода тока — одно- и двусторонняя;

□числу одновременно выполняемых соединений — одноточеч­ ная, многоточечная, сварка одним или несколькими швами и т. д.;

□характеру перемещения роликов при шовной сварке — непре­ рывная (с постоянным вращением роликов) или шаговая (с останов­ кой роликов во время сварки).

Точечная сварка — способ контактной сварки, при котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам касания. При то­ чечной сварке (рис. 19.1, а) детали 1 собирают внахлестку, сжимают усилием электродами 2, к которым подключен источник 3 электриче­ ской энергии. Детали нагреваются при кратковременном прохожде­ нии тока /св до образования зоны взаимного расплавления деталей 4, называемой ядром. Нагрев зоны сварки сопровождается пластиче­ ской деформацией металла в зоне контакта деталей вокруг ядра.

После выключения тока расплавленный металл ядра быстро кри­ сталлизуется, и между соединяемыми деталями образуются металличе­ ские связи. Таким образом, соединение при точечной сварке получают

в результате расплавления металла. По способу подвода тока к свари­ ваемым деталям различают двустороннюю и одностороннюю сварку,

В первом случае (рис. 19.1, а) электроды 2 подводят к каждой из дета­ лей 1, а во втором (рис. 19.1, б) — к одной из деталей. Для повышения плотности тока в точках касания деталей нижнюю деталь прижимают к медной подкладке 5, которая одновременно выполняет роль опоры.

Рис. 19.1. Основные способы контактной сварки:

а, б —точечная; в —рельефная; г —шовная; д —стыковая

Рельефная сварка — одна из разновидностей точечной сварки. При этом на поверхности одной из деталей предварительно форми­ руют выступ — рельеф 6 (рис. 19.1, в), который ограничивает на­ чальную площадь контакта деталей, в результате чего при сварке

вэтой зоне повышаются плотность тока и скорость тепловыделения. При нагреве рельеф постепенно деформируется; на определенной стадии процесса сварки образуется ядро 4, как при обычной точечной сварке. Часто на поверхности детали выполняют несколько релье­ фов или один протяженный выступ замкнутой формы (например,

ввиде кольца) и после прохождения сварочного тока получают од­ новременно несколько точек или непрерывный плотный шов (кон­ турнаярельефная сварка).

Шовная сварка —способ получения герметичного соединения (шва) путем образования ряда перекрывающихся точек. Подвод тока и пе­ ремещение деталей осуществляют с помощью вращающихся диско­ вых электродов—роликов 7(рис. 19.1, г). Как и при точечной сварке,

мым условием формирования соединения является образование об­ щей зоны расплавления заданных размеров, что обеспечивает важ­ нейшие эксплуатационные свойства — прочность и герметичность соединения. При этих способах сварки образование соединения про­ исходит в значительной мере по единой схеме, состоящей из трех эта­ пов (рис. 19.2).

Рис. 19.2. Этапы образования соединения при точечной сварке: а — сжатие; б — сварка; в — проковка

Первый этап начинается с обжатия деталей, вызывающего пласти­ ческую деформацию микронеровностей в контактах электрод — де­ тальи деталь — деталь. Последующие включение тока и нагрев металла облегчают выравнивание микрорельефа, разрушение поверхностных пленок и формирование электрического контакта. При рельефной сварке на данном этапе начинается осадка рельефа. Нагретый металл деформируется преимущественно в зазоре между деталями и образу­ ется уплотняющий поясок.

Второй этап характеризуется расплавлением металла и образова­ нием ядра. По мере прохождения тока ядро увеличивается до макси­ мальныхразмеров — по высоте и диаметру. При этом происходит пере­ мешивание металла, удаление поверхностных пленок и образование металлических связей в жидкой фазе. Продолжается процесс пласти­ ческой деформации и тепловое расширение металла. К концу этого этапа отмечается почти полная осадка рельефа.

Третий этап начинается с выключения тока, сопровождаемого ох­ лаждением и кристаллизацией металла. В результате образуется общее для деталейлитое ядро. При охлаждении уменьшается объем металла и возникают остаточные напряжения, для снижения уровня этих напря­

жений и предотвращения усадочныхтрещин и раковин требуются зна­ чительные усилия.

Образование соединения при стыковой сварке происходит в про­ цессе совместной пластической деформации нагретых электрическим током торцов деталей при осадке. Стыковая сварка сопротивлением и оплавлением происходит практически по единой схеме, состоящей из двух этапов: нагрева торцов деталей и осадки (рис. 19.3).

£

Рис. 19.3. Этапы образования соединений при стыковой сварке:

a — сопротивлением; б — оплавлением (Д3 — зазор междудеталями; 5Ж— слой расплавленного металла; FK—начальное усилие; F^. — усилие осадки)

Первый этап при стыковой сварке сопротивлением в значитель­ ной мере аналогичен процессам, протекающим до образования рас­ плавления в контакте деталь — деталь при точечной сварке.

При стыковой сварке оплавлением нагрев деталей происходит до образования на торцах слоя расплавленного металла толщиной 8Ж в результате локального расплавления и разрушения перемычек.

Второй этап включает в себя деформацию нагретых поверхно­ стей — осадку.

Условия образования межатомных связей определяются состоя­ нием поверхностей и для методов сварки сопротивлением и оплавле­ нием различны.

При сварке сопротивлением температура торцовых поверхностей ниже температуры плавления. В общем случае поверхность покрыта оксидными пленками, и формирование металлических связей проис­ ходите ходепластическойдеформации металлав твердом состоянии.

При сварке оплавлением оксиды находятся на поверхности тонко­ го слоя расплавленного металла. При сближении деталей они вместе с расплавом вытесняются в грат, и формирование связей происходит в жидком и частично твердом состоянии.