Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

роупорных, алюминиевых и магниевых сплавов. При этом использо­ вание плавящихся электродов экономично для толщин не менее 2 мм. Меньшие толщины сваривают неплавящимся вольфрамовым электродом.

Недостатком сварки в среде аргона является дороговизна са­ мого аргона, так как технология его производства очень трудоемка, а для сварочного процесса требуется газ высокой чистоты. В ка­ честве заменителя аргона используют углекислый газ, несмотря на его окислительные способности. Углекис­

скает разнообразные автоматы и полуавтоматы (типа ПДГ) для вы­ полнения этого процесса. Технология сварки в среде углекислого га­ за проста: режим подбирается в зависимости от свариваемой толщи­ ны (1—30 мм), вида шва (стыковые, угловые, электрозаклепками и др.), положения шва в пространстве (нижнее, горизонтальное, вертикальное) и свариваемого материала (углеродистые, низколе­ гированные, теплоустойчивые, высоколегированные хромонике­ левые стали и др. сплавы).

Плазменная (плазменно-дуговая) сварка. При горении свароч­ ной дуги можно достигнуть большой степени ионизации газового

термообработку.

Плазменную струю получают значительным увеличением плот­ ности тока в газовом столбе. Практически это достигается сжатием дуги. На рис. 169 показана схема сварки сжатой дугой. На деталь 1 направлена плазменная струя 2, проходящая через сопло 3, пред­

283

ставляющее собой устройство с калиброванным отверстием. Сама дуга образуется между неплавящимся электродом 4 и изделием 1 (дуга прямого действия, замкнут контакт 6), или между электродом и устройством 3 (дуга косвенного действия, замкнут контакт 5), или же ток подводится одновременно и к изделию, и к устройству 3 (дуга смешанного действия, замкнуты контакты 5 и 6). Устройство 3 и электрод конструктивно выполняются в виде горелки для плаз­ менной сварки. Питание горелки ведется от обычных источников по­ стоянного тока с падающей внешней характеристикой.

Плазменной сваркой получаются стыковые соединения боль­ ших толщин. При косвенном горении дуги она применима для не­ металлических материалов. Для соединений толщиной до 1 мм при­ менение находит микроплазменная сварка горелкой, где струя плазмы диаметром 1,5—2 мм заканчивается острием.

§ 3. Контактная сварка

Сущность процесса. При контактной сварке используется теп­ ло, выделяющееся при прохождении тока большой силы через кон­ такт, образованный двумя деталями, подлежащими сварке.

С физической стороны явление нагрева можно объяснить тем, что электропроводность в металлах вызывается перемещениями и колебаниями свободных электронов, которые, премещаясь по про­ водникам замкнутой электрической цепи, сталкиваются с частица­ ми проводника и нагревают их.

В связи с местным характером нагрева процессы контактной сварки сопровождаются тепловыми потерями в холодные слои ме­ талла и а окружающую среду. В условиях теплового равновесия количество генерированной в контакте теплоты будет покрывать тепловые потери, и прироста температуры не будет. Для целей сварки процесс необходимо вести с большими скоростями нагрева, т. е. важно иметь не только необходимое количество тепла, но и выработать его за малое время. Таким образом, в самой природе контактных сварочных процессов заложена высокая производи­ тельность.

Точечная сварка. Процесс можно рассматривать как трехста­ дийный. В первой стадии (рис. 170, а) листы сдавливаются токо­ подводами (электродами). Если не сделать этого, сопротивление между листами будет настолько высоким, что при небольшом на­ пряжении, подводимом к электродам, не создастся достаточной силы тока для генерирования теплоты между листами.

Вторая стадия (рис. 170, б) — пропускание тока. В это время между листами, и в контакте электрод — деталь выделяется тепло, металл размягчается и, наконец, расплавляется. Образовавшееся ядро жидкого металла растет до величины контактной поверхности электрода.

Третья стадия (рис. 170, в) — охлаждение точки после выклю­ чения тока. На этой стадии давление, приложенное к электродам,

284

продолжает оставаться, выполняя роль уплотнителя точки и в от­ дельных случаях может быть увеличено.

Таким образом, при точечной сварке соединительный элемент между листами представляет собой сварную точку с ядром литой структуры.

Все машины для точечной сварки подразделяются на стацио­ нарные, переносные и специального назначения. В качестве приме­

ра рассмотрим мащину с пневматическим механизмом сжатия типа МТП-75 (рис. 171), Свариваемые детали находятся между элект­ родами 1. Давление от пневмоцилнндра 2 передается на верхний электрод. Когда детали сжаты, пневмоэлектрореле 3 через контак­ тор включает первичную обмотку трансформатора. Время включе­ ния тока выдерживается электронным регулятором 4.

Если изделие имеет крупные габариты, сварка на стационар­ ных машинах становится затруднительной. В этом случае ведут сварку переносными точечными машинами. Ряд узлов изделий с большим количеством сварных точек выполняется на специализи­ рованных точечных машинах.

Точечной сваркой соединяются детали из стали толщиной от 0,5 до 6 мм, можно вести сварку сталей с защитными покрытиями. Сваривают также алюминий и алюминиевые сплавы толщиной от 0,5 до 5 мм. При точечной сварке все операции могут быть легко автоматизированы.

285

Роликовая сварка. Этот процесс (рис. 172)— разновидность точечной сварки, при которой точки ставятся в таком порядке, что последующая частично перекрывает предыдущую. Получается сплошной шов, могущий работать на герметичность в различных сосудах, бидонах, резервуарах.

Машины для роликовой сварки несколько сложнее, чем точеч­ ные, однако основные узлы в них те же. Особое внимание обраща­ ется на узел токоподзода к вращающимся роликам и на охлажде­ ние роликов. В контакте деталь — ролик выделяется значительное

контактной поверхности на 10—15% при­ водит к уменьшению плотности тока и воз­ можному непровару.

Режим роликовой сварки склады­ вается из следующих параметров: силы тока, давления на ролики, величины кон­ тактной поверхности (ширина роликов), скорости сварки и времени цикла.

При роликовой сварке наблюдается значительное шунтирование тока — ответ­ вление части тока в ранее сваренную точ­ ку. Эффект шунтирования, возрастает с

увеличением свариваемых толщин и может достигать 60—70% сва­ рочного тока. Поэтому предельная толщина свариваемых деталей зависит от электрической и механической мощностей сварочного оборудования. На серийных шовных машинах мощностью до 150 ква можно сваривать малоуглеродистую сталь толщиной 2 мм и алюми­ ниевые сплавы толщиной 1,5 мм.

Стыковая сварка. Есть две разновидности стыковой сварки (см. рис. 152, б): сварка сопротивлением и сварка оплавлением (прерывистым и непрерывистым).

Сварка сопротивлением состоит в том, что к заранее прижатым в контакте деталям подводится сварочный ток. После разогрева переходных мостиков (контактных бугорков) они деформируются, и в контакт вступают новые участки сечения. Постепенно сечение разогревается, после чего ток выключается и дается осадка, не­ обходимая для проведения значительной деформации в месте стыка. Сварка сопротивлением требует точной подготовки тор­ цов.

Сварка оплавлением заключается в том, что сечение нагрева­ ется за счет оплавления части металла в контакте. Концы стерж-. ней, находящихся под напряжением, сводят друг с другом. В месте контакта возникает интенсивный нагрев вплоть до плавления. В контакт вводятся новые участки. Происходит естественная подгойка торцов. После разогрева сечения детали сжимают под оса­ дочным давлением и процесс заканчивают. Сварка больших сече­ ний требует замедления процесса, ибо металл не успевает прогреться на нужную глубину. В этом случае сварку делают пре­

286

рывистой, причем она может быть выполнена прерыванием тока в сварочной цепи или разведением деталей механическим путем.

Применение различных способов сварки вызывается техноло­ гическими соображениями: при сварке оплавлением образуются пары металла, давление которых достаточно для предупреждения проникновения в сварочную зону атмосферного воздуха; выбрасы­ вание металла в виде брызг также способствует удалению окис­ лов, образующихся в приконтактиых областях. Поэтому сварка оплавлением обеспечивает более совершенное соединение, являясь в то же время более экономичной из-за меньшего расхода электро­ энергии на нагрев стыка.

Стыковой сваркой можно соединять стержни, трубы, полосы и листы как однородных, так и неоднородных металлов и сплавов. Можно также сваривать замкнутые контуры (ободы колес, звенья цепей и т. д.). Процесс находит широкое применение и в инстру­ ментальном производстве.

§ 4. Газовая сварка

Сущность процесса. При газовой сварке местный разогрев де­ талей осуществляют газовым пламенем. Направленное на свари­ ваемый металл высокотемпературное газовое пламя приводит к разогреву металла и получению жидкой сварочной ванны. Для формирования шва необходимых геометрических размеров в сва­ рочное пламя вводится, как правило, присадочный металл. Между жидким металлом сварочной ванны и газами пламенипроисходит взаимодействие, которое может привести к изменению механических свойств сварного шва. Сварочное пламя должно обладать макси­ мальной температурой, быть экономичным и нейтральным по отно­ шению к жидкому металлу.

Газы, применяемые при сварке. Из горючих газов (водород, метан, ацетилен, пропан, пары бензина, природные горючие газы) названным требованиям наиболее отвечает ацетилен, который при горении в чистом кислороде дает температуру 3150° и выделяет наи­ большее количество тепла (11 470 ккал/м3). Его также легко полу­ чать па месте выполнения работ из твердого вещества — карбида кальция, который в свою очередь легко транспортируется и хранит­ ся, Другие горючие газы применяются ограниченно вследствие низ­ кой температуры пламени, большого расхода кислорода и низкой производительности процесса нагрева.

С целью получения максимальной температуры пламени в каче­ стве окислителя используется кислород, а не воздух. Газовоздушная смесь дает температуру не выше 2000°, в то время как газокисло­ родная — свыше 3000°. Чистота кислорода имеет определенное зна­ чение для сварки, поскольку при снижении чистоты увеличивается расход кислорода. Технический чистый кислород получают методом глубокого охлаждения воздуха и последующего выделения кислоро­ да и азота из жидкой смеси. Затем кислородом наполняют балло­ ны, в которых он содержится под давлением в 150 атм.

287

Строение сварочного ацетилено-кислородного пламени. При сгорании ацетилена в кислороде характер пламени может меняться в зависимости от соотношения подаваемых газов. Различают три вида ацетилено-кислородного пламени..

Нейтральное, или нормальное, пламя получается при соотно­ шении газов О2 : С2Н2=1 : 1,12. Такое пламя имеет три зоны: ядро (рис. 173, /, а), восстановительную зону (рис. 173, /, б) и окисли­ тельную зону (рис. 173, /, в). Большинство металлов и сплавов сва­ ривают восстановительной зоной нормального пламени.

Рис. 173. Структура ацетилено-кислородного пламени

Окислительное пламя (рис. 173, II) получается при соотноше­ нии газов 0 2:С 2Н2>1,2. Ядро пламени уменьшается в размерах. В практике такое пламя применяется ограниченно (например, для сварки латуней).

Науглероживающее пламя (рис. 173, III) получается при соот­ ношении 0 2:С 2Н2<1. Ядро пламени удлиняется и теряет резкие контуры. Такое пламя может использоваться при сварке чугунов и сплавов из цветных металлов.

Присадочный металл и флюсы. В качестве присадочного ма­ териала применяют проволоку, близкую по химическому составу к свариваемому металлу. Диаметр проволоки — в интервале от 1 до 5 мм. Для сварки малоуглеродистых сталей наиболее широко применяют проволоку Св-08. Медь, латунь, алюминйй сваривают проволокой из соответствующего цветного металла; чугуны и брон­ зы — из прутков, отлитых из этих сплавов.

Флюсы для защиты расплавленного металла от окисления и удаления окислов подбирают в зависимости от состава и свойства свариваемого металла. Пользуются при этом бурой, борной кисло­

288

той и рядом других соединений. Для сварки алюминия применяют флюсы специального состава. Сварка же сталей не требует приме­ нения флюсов.

Технология сварки. Основным технологическим параметром газовой сварки является мощность сварочного пламени. Ее* подби­ рают по свариваемой толщине и измеряют расходом газа. Регули­ руется мощность пламени сменными наконечниками горелки. Кро­ ме того, ее можно регулировать наклоном сварочной горелки по отношению к свариваемым деталям. При сварке тонких листов

Рис. 174. Левый (а) и правый (б) способы газовой сварки

применяют левый способ сварки, при котором пламя горелки 1 на­ гревает кромку 2 и присадочный металл 3. Горелка движется спра­ ва налево (рис. 174, а).

При сварке металла толщиной, более 6 мм (рис. 174, б) горел­ ку 1 направляют так, чтобы пламя нагревало кромки металла 2, присадочный металл 4 и одновременно отжигало сварной шов 3. Такой способ называется правой сваркой, так как горелка движет­ ся слева направо'. Правая сварка позволяет увеличить производи­ тельность на 15—25%.

С помощью газовой сварки соединяют конструкции из тонких листов. Процесс позволяет вести сварку в нижнем и вертикальном положениях. Газовую сварку широко используют при соединении деталей из цветных металлов и сплавов. Можно также сваривать чугун.