Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Технология конструкционных материалов. В 2 частях. Ч.2. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 138 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

томатической сварке сталей металлическим электродом применяют углекислый газ, который в (5…10) раз дешевле аргона. Электродную проволоку применяют с повышенным содержанием раскислителей – кремния и марганца. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности в любом пространственном положении.

а б

Рис. 2.7. Дуговая электросварка в среде защитных газов:

а – вольфрамовым электродом; б – металлическим электродом

1 – свариваемый металл; 2 – защитный газ; 3 – кольцевой мундштук;

4 и 6 – электроды; 5 – дуга

Электрическая контактная сварка выполняется следующим

образом. Для нагрева свариваемых частей используется тепло, выделяемое при прохождении тока через место сварки. В месте контакта деталей наблюдается большое электрическое сопротивление по сравнению с другими участками цепи. После достижения в зоне сварки необходимой температуры, свариваемые части для их соединения сдавливают.

Существует три вида контактной сварки:

стыковая, точечная

и роликовая.

Для

стыковой сварки, соединяемые части 1 (рис. 2.8) зажима-

ют в контактных колодках (губках) 2 сварочной машины и пропускают через них ток большой силы, индуктирующийся во вторичной обмотке 3 трансформатора. В зоне контакта частей выделяется большое количество тепла и происходит нагрев их до термопластического состояния. Нагретые части сдавливают, и в месте

их контакта происхо-

дит сварка; этот способ – сварка сопротивлением.

Другие разновидности стыковой сварки: непрерывным и преры-

вистым оплавлением.

При сварке непрерывным оплавлением ток включают, имея зазор между частями: при их сближении происходит выбрасывание искр и оплавление поверхностей на стыке. При последующем сжатии (осадке) частей жидкий металл и шлак вытесняются и части свариваются. Способом непрерывного оплавления сваривают легированные стали, а также разнородные металлы: медь и сталь, ковкий и сталь, латунь и сталь, алюминий и медь и др.

Рис. 2.8. Стыковая сварка:

1 – свариваемый металл; 2 – контактные колодки;

3 – обмотка трансформатора

При сварке прерывистым оплавлением чередуют кратковремен-

чугун

ные (плотное и неплотное) соприкосновения свариваемых частей. После прогрева на нужную глубину части сдавливают. Этот способ применяют, когда мощность оборудования недостаточна для сварки оплавлением. Стыковая сварка возможна для сечений до 50 000 мм

(500 см

) и более.

При

точечной сварке свариваемые части 1 зажимают между

электродами 2, по которым пропускают ток большой силы от вторичной обмотки трансформатора (рис. 2.9). Вследствие большого сопротивления место контакта 3, свариваемых частей нагревается до термопластического состояния и под действием давления Р электрода происходит сварка. Электроды изготавливают водоохлаждаемыми из сплавов на медной основе. У

многоточечных машин для сварки листов толщиной до 1,5 мм имеется до 50 электродов. Напряжение от 2 до 10 В; сила тока 700 А/мм

Роликовая (шовная) сварка используется для сварки листов

толщиной 50 мм, при этом шов получается узким с ограниченной зоной термического влияния (рис. 2.10). Свариваемые части 1 пропускают между вращающимися роликами-электродами 2 шовной маши-

ны, через которые проходит ток, выделяющий тепло в месте соприкосновения частей. В результате этого образуется шов 3. Давление на ролики достигает 10 кН.

а б

Рис. 2.9. Точечная сварка:

1 – свариваемый металл; 2 – электроды; 3 – место контакта

Рис. 2.10. Шовная сварка:

1 – свариваемый металл; 2 – ролики-электроды;

3 – сварной шов

Сварка плазменной струёй даёт хорошие результаты для туго-

плавких металлов, нержавеющих сталей, её можно применять для соединения неметаллических материалов. Возможность широкого регулирования мощности плазменной струи обеспечивает сварку листов толщиной от 0,08 мм до материала взамен механической резки на станках.

Носителем тепловой энергии при плазменной обработке является поток ионов, а также электрически нейтральных молекул и атомов, образующихся при пропускании аргона, азота, аммиака, других газов и их смесей, а также паров воды через дуговой разряд в дуговых плазменных горелках. Плазменная струя имеет температуру до 30 000 ºС.

Для плазменной обработки используют горелки с

независимой

дугой (косвенного действия, рис. 2.11, а) и горелки с зависимой дугой

(прямого действия, рис. 2.11, б).

а б

Рис. 2.11. Плазменные горелки:

а – с независимой дугой: 1 – вольфрамовый

электрод; 2 – водоохлаждаемое сопло;

б – с зависимой дугой: 1 – электрод;

2 – обрабатываемая деталь

По первой схеме дуга образуется между вольфрамовым электродом 1 и водоохлаждаемым соплом 2 из меди или её сплавов. Струя ионизирующего газа сжимает столб дуги, придает ей вытянутую форму; ионизированный столб обеспечивает устойчивость электрического разряда, стабилизирует дугу. В этом случае плазменная струя вытекает из сопла горелки, образуя острый факел (подобно сварке), и является независимым источником тепла, поэтому по такой схеме можно обрабатывать металлы, полупроводники и диэлектрики.

По второй схеме могут обрабатываться только электропроводящие материалы. Плазменная струя совпадает с токопроводящим столбом дуги, которая образуется между электродом 1 и обрабатываемой деталью 2; тепловая мощность плазменной струи при этом выше.

газовой

Наплавка плазменной струёй применяется главным образом

для тугоплавких металлов (например, вольфрама, титана, их карбидов), причем можно получить весьма тонкий наплавленный слой. Помимо сварки, резки и наплавки плазменная струя используется для нанесения защитных и декоративных покрытий, получения тонких металлических нитей, мелкодисперсных порошков металлов, для термической обработки и других целей.

Газовая сварка обладает следующими особенностями. Для

расплавления кромок свариваемых деталей и присадочного материала используется теплота пламени, получаемого при сгорании смеси горючих газов или паров с кислородом. Кроме сварки газокислородным пламенем, производят также резку, пайку, поверхностную закалку и другие виды газопламенной обработки металлов.

В качестве газообразных или парообразных горючих при газовой

сварке применяют ацетилен, водород, метан, пары бензина, керо-

сина и другие горючие материалы.

Наибольшее распространение получил ацетилен, который по сравнению с другими горючими дает более высокую температуру и наибольшее количество тепла в рабочей зоне сварочного пламени. Технический ацетилен получают из карбида кальция СаС

при его

взаимодействии с водой. Реакция протекает с выделением большого количества тепла:

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 + О2.

Выход ацетилена из 1 кг карбида кальция составляет от 230 до 280 л (теоретически 344,5 л). Ацетилен в больших объемах при давлении свыше 2 МПа/м

взрывоопасен.

Для повышения температуры сварочного пламени сжигание горючих газов производится в смеси с технически чистым кислородом, который получают из воздуха методом глубокого охлаждения – многократное сжатие до жидкого состояния, затем разделение, где используют более высокую температуру кипения кислорода (–183 ºС), чем азота (–196 ºС).

Основным инструментом сварщика является газовая горелка, где происходит образование ацетилено-кислородной смеси и её сжигание. Сварочные горелки делятся на инжекторные (низкого давления) и безинжекторные (высокого давления). Наибольшее применение получили инжекторные горелки (рис. 2.12).

В эту горелку кислород подаётся под давлением от 0,3 до 0,4 МПа/м

Вытекая с большой скоростью из сопла инжектора 5, струя кислорода

создает разряжение, обеспечивающее подсос ацетилена в смесительную камеру 4. Из смесительной камеры ацетилено-кислородная смесь через трубку 3 и мундштук 1 выталкивается в атмосферу, где, воспламеняясь, образует сварочное пламя. Для регулирования подачи газов горелка имеет вентили. Сменные наконечники горелки обеспечивают регулирование тепловой мощности сварочного пламени. Питание сварочной горелки

ацетиленом осуществляется либо от баллона, либо от ацетиленового генератора, а питание кислородом – от кислородного баллона.

Кислород

3 4

А – А

Рис. 2.12 Схема газосварочной инжекторной горелки:

1 – мундштук; 2 – наконечник; 3 – трубка; 4 – смесительная камера;

5 – инжектор; 6 – вентиль; 7 – подающий канал; 8 – вентиль; 9 – каналы

Ацетилен

Кислород хранится и транспортируется в стальных баллонах

ёмкостью 40 л, который при давлении 15 МПа (150 ат) вмещает 6 м

кислорода. Для понижения давления кислород от баллона проходит через редуктор и подается к горелке под давлением от 200 до 300 кПа.

Ацетилен в баллонах хранится и транспортируется растворенным в ацетоне, которым пропитана пористая масса (древесный уголь, асбест и др.), заполняющая баллон. Это необходимо потому, что чистый ацетилен в больших объёмах

при давлении 200 кПа и более взрывоопасен. Растворенный ацетилен хранится в баллоне под давлением от 1500 до 1600 кПа. Для выпуска ацетилена из баллона открывают вентиль редуктора, при этом давление газа в баллоне понижается и ацетилен выделяется из растворителя. Давление ацетилена для питания горелки составляет от 0,001 до 0,002 МПа.

Кислородные баллоны окрашивают в

синий цвет, а ацетилено-

вые – в белый.

Достоинством газовой сварки является простота оборудования и универсальность, позволяющая сваривать различные металлы. Недостатки газовой сварки – значительное падение производительности при увеличении толщины свариваемого металла, большая зона нагрева основного металла, низкая экономичность по сравнению с электродуговой сваркой.

Газовая сварка применяется при изготовлении и ремонте изделий из стали толщиной от

1 до 3 мм, чугуна, алюминия, меди и её

сплавов.

В зависимости от соотношения ацетилена и кислорода в газовой смеси различают три вида ацетилено-кислородного пламени: нормальное (восстановительное), окислительное и науглераживающее (ацетиленистое).

Нормальное пламя образуется при подаче в газовую горелку

на 1 объём ацетилена от 1 до 1,3 объёма кислорода (рис. 2.13, а). Этот вид пламени не вызывает ни окисления расплавленного металла, ни насыщения его углеродом. В этом пламени различают три зоны: ядро 1, восстановительную (сварочную) зону 2 и факел 3.

Рис. 2.13. Схемы ацетилено-кислородного пламени:

а – нормальное; б – окислительное; в – науглераживающее

1 – ядро; 2 – восстановительная зона; 3 – факел

Ядро пламени резко очерчено и имеет ослепительно белый цвет. Оно состоит из несгоревшей ацетилено-кислородной смеси и продук-

тов распада ацетилена (водорода и углерода). Окружающая ядро восстановительная зона имеет синеватый цвет. В этой зоне происходит неполное сгорание ацетилена за счет кислорода, поступающего из горелки, с образованием водорода и окиси углерода. В восстановительной зоне на расстоянии от 2 до 6 мм от кольца ядра развивается максимальная температура, которая и

используется для расплавления основного и присадочного материала. Сварочная зона пламени предотвращает расплавленный металл от окисления. В третьей зоне (факеле) за счёт кислорода воздуха происходит полное сгорание горючего газа с получением углекислого газа, паров воды и азота. Факел имеет желто-красный цвет. Нормальным пламенем сваривают стали и цветные металлы.

Пламя с избытком кислорода называется окислительным

(рис. 2.13, б). В нём на 1 объём ацетилена приходится более 1,3 объема кислорода. Окислительное пламя имеет голубоватый оттенок и горит с шумом. Оно отличается укороченным ядром 1 и факелом 3. Рабочая зона 2 почти незаметна. Температура окислительного пламени выше нормального. Для защиты сварочной ванны от окислительного действия пламени

сварку ведут с применением присадочной проволоки, содержащей повышенного количество раскислителей (марганца и кремния). Окислительным пламенем сваривают также латуни, так как образование на цинке окисной пленки приводит к уменьшению его испарения.

Науглераживающее пламя (рис. 2.13, в) получается при соот-

ношении ацетилена в газовой смеси (О

: С2Н2 = 0,8 : 0,95). Оно ха-

рактеризуется увеличенными размерами факела 2 и ядра 1. Сварочная зона сливается с ядром и практически незаметна. Пламя имеет желтый цвет и коптит. Этим пламенем сваривают чугун, а также напаивают твердые сплавы. Тепловая мощность сварочного пламени подбирается в зависимости от свариваемого материала и его толщины. Она измеряется

расходом ацетилена в горелке (л/ч).

При газовой сварке присадочный материал вводят под углом от 30 до 40º к поверхности детали независимо от её толщины. Применяют два способа данного вида сварки – левый и правый.

При левой сварке горелку перемещают справа налево вслед за

присадочной проволокой. В этом случае пламя направляется от свариваемого шва в сторону еще не заваренного соединения. Горелкой и присадочной проволокой совершают поперечные колебательные движения. Левый способ применяют для сварки металла толщиной до 3 мм, а правый – свыше 3 мм. Ось мундштука перемещается под

углом к свариваемой поверхности. Этот угол колеблется от 20º (для сварки листов толщиной до 1 мм) до 80º (для сварки листов толщиной 15 мм и более).

При правой сварке горелку перемещают слева направо впере-

ди присадочной проволоки. Пламя при этом направлено на свариваемый шов и защищает шов от окисления. При правой сварке лучше используется тепло пламени, чем при левой сварке, повышается производительность и сокращается расход ацетилена.

Сварка вертикальных швов производится обычно левым способом в направлении снизу

вверх, а горизонтальных и потолочных швов – правым. Основным видом сварного соединения является встык, реже угловое соединение. Соединения тавровое и внахлёстку выполнять газовой сваркой не рекомендуется.

Сварку электронным лучом производят в вакуумной камере

фокусированным электронным лучом, при этом поверхность свариваемого материала бомбардируется электронами и их кинетическая энергия переходит в тепловую. Электронный луч имеет высокую плотность энергии и обеспечивает глубокое проплавление. Эту сварку применяют для магния, алюминия, вольфрама, молибдена и других металлов, а также неметаллических материалов.

Сварку лазером можно производить в любой среде, проводя-

щей свет. Источником теплоты для сварки является концентрированный световой луч, получаемый в установке, называемый лазером (оптический генератор). Сварка лазером применяется для малогабаритных изделий в приборостроении, например, при производстве микропечатных схем в радиоэлектронной промышленности. Лазером можно прошивать отверстия диаметром 5 мкм в алмазах, рубинах, твердых сплавах и др.

Диффузионная сварка в вакууме производится при нагреве за-

готовок с помощью высокочастотных индукторов до температуры рекристаллизации свариваемых металлов и сжатия заготовок. В результате происходит взаимная диффузия в поверхностных слоях контактирующих материалов и прочное соединение частей. При диффузионной сварке детали не коробятся и соединения можно получить с высокой точностью размеров; свариваются разнородные

металлы, металлы и сплавы, сплавы с неметаллами. Эту сварку применяют при изготовлении электровакуумных приборов, при производстве инструментов и других изделий.

Сварку трением применяют чаще всего для стыковых соедине-

ний. Нагрев частей до пластического состояния производится за счет

трения. Разогретые части сдавливаются (осаживаются) и свариваются. Сваркой трением соединяются однородные и разнородные металлы.

Холодная сварка применяется для пластичных металлов. При

больших давлениях (от 150 до 1000 МПа) в зоне контакта свариваемых частей возникают деформации, приводящие к разрушению поверхностных пленок, дроблению кристаллов, сближению материала частей до межатомных расстояний и образованию металлических связей. Около швов отсутствуют зоны термического влияния, поэтому холодную сварку применяют при изготовлении радио-

и электротехнических изделий. Соединения могут быть стыковыми и нахлёсточными (с непрерывными и прерывистыми швами).

Сварка взрывом применяется в основном для получения биме-

таллических изделий. Соединение частей (листов) происходит при направленном взрыве заряда взрывчатого вещества, вызывающем соударение этих частей. В поверхностных слоях соударяющихся частей металл течет подобно жидкости, диффундирует и сваривается. Таким образом, сварка взрывом в принципе аналогична холодной сварке; необходимое для сварки давление здесь обеспечивается

за счет

взрывной волны.

Ультразвуковая сварка основана на преобразовании ультра-

звуковых колебаний в механические, которые вызывают в свариваемых частях деформации сдвига с одновременным нагревом на локальных участках. Это в сочетании с небольшим сдавливающим усилием от сварочного штифта приводит к срастанию частей и сварке. Этот способ применяют для соединения однородных и разнородных металлов и пластмасс.

Термитную сварку производят с помощью термито-порош-

ковой смеси алюминия с окалиной. Алюминий в окалине сгорает

8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe.

При горении термита температура возрастает до 3000 ºС и выше.

Алюминиевый термит применяют для сварки рельсов.

Кузнечную (горновую) сварку применяют для низкоуглероди-

стых сталей. Она производится при температуре, близкой к точке солидуса (от 1400 до 1450 ºС) при проковке свариваемых концов, наложенных один на другой.

Дефекты сварных соединений снижают прочность детали или

металлоконструкции, нарушают герметичность выполняемых посредством сварки емкостей, а также способствуют уменьшению надёжности эксплуатации данного узла или машины в целом.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 138 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]