Электросварка в среде защитных газов

Данная сварка характеризуется тем, что в зону горения дуги подаётся защитный газ, оттесняющий воздух из области сварки и защищающий металл сварочной ванны от вредного воздействия атмосферы (рис. 5.14). Благодаря этому отпадает потребность в электродных покрытиях и сварочных флюсах.

В качестве защитных могут использоваться инертные газы (аргон, гелий), активные газы (азот, водород, углекислый газ), смеси газов (аргон с углекислым газом, аргон и водород, аргон и гелий и др.). Инертные газы не способны к химическим реакциям и практически не растворимы в металле. Для питания дуги применяют постоянный и переменный ток. Сварку выполняют плавящимся и неплавящимся электродами (рис. 5.15)

Рис. 5.15. Схема сварки в среде защитных газов плавящимися (а) и неплавящимися (б) электродом.

1 - сопло сварочной головки; 2 - сварочная дуга; 3 - сварной шов; 4 - свариваемая деталь; 5 - сварочная проволока; 6 - подающий механизм; 7 - присадочный пруток; 8 – неплавящийся электрод.

 

1.Аргоно-дуговая сварка разделяется на ручную (неплавящимся электродом), автоматическую и полуавтоматическую (плавящимся и неплавящимся электродами). Сварку неплавящимся электродом ведут постоянным током прямой полярности. Следует отметить, что дуга устойчива при токах порядка 1А, что позволяет проводить сварку тонкого металла (0.1 мм). В случае обратной полярности резко возрастает напряжение дуги и устойчивость дуги падает. Однако, при обратной полярности с поверхности свариваемого металла удаляются окислы и загрязнения. Это объясняется тем, что поверхность металла бомбардируется положительными ионами аргона, которые разрушают окисные плёнки (ионное травление).

Сварка плавящимся электродом в аргоне выполняется на постоянном токе обратной полярности при высокой плотности тока до (10⁰А/мм). Аргоно-дуговая сварка применяется для сварки легированных сталей, алюминия и его сплавов, титана.

2.Азотно-дуговая сварка производится неплавящимся угольным или вольфрамовым электродом. Этим способом выполняют соединения из меди и медных сплавов.

3.Аргоно-водородная сварка имеет ограниченное применение. Её применяют для наплавки штампов и деталей из сталей с особыми свойствами - специальной горелкой с двумя вольфрамовыми электродами.

4. Сварка в углекислом газе – наиболее дешёвый способ по сравнению с другими видами сварки в защитных газах. Выполняется только плавящимся электродом на повышенных плотностях тока обратной полярности. Для избежания окисления свариваемых деталей применяют сварочную проволоку с избыточным содержанием раскислителей (марганца и кремния). Сварка в углекислом газе возможна во всех пространственных положениях. По производительности она не уступает полуавтоматической сварке под слоем флюса. Данную сварку трудно выполнить на открытом воздухе, на ветру.

Преимущества по сравнению с ручной электродуговой сваркой покрытыми электродами и автоматической сваркой под слоем флюса:

Высокая степень защиты сварочной ванны от воздуха, возможность ведения процесса во всех пространственных положениях, возможность визуального наблюдения за процессом формирования шва и его регулирования, более высокую производительность процесса, чем при ручной сварке, низкая стоимость сварки.

Применяется: в с/х машиностроении и ремонтном производстве для соединения низколегированных и легированных сталей, сплавов алюминия, а также чугуна.

Пример: силовые узлы конструкции самолётов, медицинские инструменты, алюминиевые трубы и т.д.

Сварка в атмосфере защитных газов в зависимости от степени механизации процессов подачи присадочной или сварочной проволоки и перемещения сварочной горелки могут быть ручной, полуавтоматической и автоматической.

Плазменная сварка

Сварка осуществляется плазменной струёй, имеющей температуру и концентрацию тепла больше чем в электрической дуге. Плазма – ионизированный поток частиц газа при Т=10000 – 20000⁰К. Плазму получают в плазмотронах, пропуская поток газа (аргон) через столб электрической дуги (рис. 5.15). Принцип действия плазмотронов основан на горении дуги между неплавящимися вольфрамовыми электродами и свариваемыми заготовками. Сжатая дуга обладает высокой устойчивостю и широким диапозоном технологических свойств. Питание дуги осуществляется от источника переменного или постоянного тока прямой полярности. В плазмотрон попадают сразу два независимых потока газа – плазмообра зующий и защитный.Плазмообразующим газом служит аргон, а защитным гелий, углекислый газ или смесь газов.

Преимущества:

- при больших токах мощная плазменная струя обеспечивает провар тугоплавких металлов,

- при малых токах (0.5А) получают микрострую, что позволяет сваривать тонкие пластинки (до 100 микрон).

Применяется при изготовлении изделий из высоколегированных сталей, никелевых сплавов, молибдена, для сварки тонколистового металла, в основном в авиационной и электронной промышленности.

 

 

Рис. 5.16. Схема дуговых плазменных горелок: а) прямого действия; б) косвенного действия:

1 - вольфрамовый электрод; 2 - втулка изоляционная; 3 - сопло;

4 - плазменная струя; 5 - изделие.

 

Электронно-лучевая сварка

Сварка осуществляется теплом, которое выделяется при ударе быстро движущихся электронов (рис. 5.16). Летящий электрон при соударении с преградой отдаёт 99% своей кинетической энргии превращая её в тепловую, расходуемую на нагрев тепла, температура при этом составляет 5000-6000⁰С. Сварной шов имеет очень малую глубину т.к. электронный луч представляет собой весьма концентрированный источник тепла (фокусируется на площади диаметром менее 0,001 см), проникающего на значительную глубину (кинжальное проплавление). Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме катода и с помощью электростатических и электромагнитных линз фокусируется на поверхности свариваемых материалов.

При перемещении заготовки под неподвижным лучом образуется сварной шов. Иногда при сварке перемещают сам луч вдоль неподвижных кромок с помощью отклоняющихся систем. Отклоняющие системы используют также и для колебаний электронного луча поперек и вдоль шва, что позволяет сваривать с присадочным металлом, и регулировать тепловое воздействие на металл.

В современных установках для сварки, сверления, резки электронный луч фокусируется на площади диаметром менее 0,01 см, что позволяет получить большую удельную мощность. Незначительная ширина зоны теплового воздействия дает возможность резко уменьшить деформацию заготовок.

Применяется для соединеия деталей, имеющих высокую температуру плавления (вольфрам, молибден, ниобий), а также легко поддающихся окислению (алюминий, магний, берилий), толщиной от 0,2 до 150 мм.

 

 

Рис. 5.17. Схема формирования пучка при электронно-лучевой сварке: 1 - катодная спираль;

2 - фокусирующая головка; 3 - первый анод с отверстием; 4 - фокусирующая магнитная катушка для регулирования диаметра пятна нагрева на детали; 5 - магнитная система отклонения пучка; 6 - свариваемая деталь (анод); 7 - высококачественный источник постоянного тока; 8 - сфокусированный пучок электронов; 9 - сварной шов.

 

Электронно-лучевой сваркой можно сваривать металлы и сплавы в однородных и разнородных сочетаниях, со значительной разностью толщин, температур плавления, соединять малогабаритные изделия, применяемые в электротехнике и приборостроении.

 

Газовая сварка металлов

Способ газовой сварки стал применяться в конце прошлого столетия, когда началось промышленное производство ацетилена и кислорода. При газовой сварке расплавление кромок свариваемого изделия и присадочной проволоки осуществляется теплом, которое выделяется при сжигании горючего газа в смеси с кислородом или воздухом. Сравнительная простота, дешевизна и портативность оборудования, большая универсальность способа делают газовую сварку незаменимой для соединения деталей из различных металлов и для всевозможных ремонтных работ в любых условиях. Газовой сваркой можно сваривать все металлы, применяемые в технике. Недостатками газовой сварки являются: понижение производительности с увеличением толщины свариваемого металла и большая зона нагрева.

 

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ

При газовой сварке применяют следующие материалы:

1.Горючие газы: ацетилен, пропан, природный газ, водород, пары бензина и керосина.

Ацетилен (С₂Н₂) – чаще других газов применяется для сварки и резки. Технический ацетилен – бесцветный газ с резким специфическим запахом, легче воздуха, обладает наибольшей теплотворной способностью (1 кг – 8374 кДж) и даёт наивысшую температуру при сгорании (3200⁰С). Получают ацетилен из карбида кальция СаС₂ при взаимодействии с водой.

СаС₂ + 2Н₂ О = С₂ Н_м + Са (ОН)₂ + Q.

Ацетилен взрывоопасен: при избыточном давлении 1,5 – 2 ат, взрывается от искры, или при быстром нагреве до 200⁰ С. Поэтому чаще всего его получают на месте сварных работ в ацетиленовых генераторах. Возможно его хранение и транспортировка в баллонах. Баллон заполнен активированным углем, который пропитан растворителем ацетилена – ацетоном. Ацетилен закачивается в баллон под давлением 15-17 атм. Ацетиленовые баллоны окрашиваются в белый цвет.

Водород (Н₂) – горючий газ без цвета и запаха, легче воздуха в 14,5 раза. Получают водород разложением воды электрическим током и к месту сварки доставляют в стальных баллонах зеленого цвета при давлении 150 атм (15МПа). Температура пламени при сгорании его с кислородом составляет всего 2000⁰С. Поэтому водород применяется при сварке свинца, латуни, алюминия.

Пропан технический (С₃Н₈) - бесцветный газ с резким запахом. Получают при переработке нефтепродуктов. При повышении давления переходит в жидкое состояние (8 атм – 0,85МПа). Применяется в основном, для газовой резки и для сварки цветных металлов и чугуна. Хранится в баллонах красного цвета при давлении 16 атм. Температура пламени 2500⁰С.

Пары бензина и керосина – получают в специальных установках температура пламени сгорания составляет 2400-2600⁰С и применяются в основном при сварке и пайке легкоплавких цветных металлов.

2. Кислород – прозрачный газ без цвета и запаха, несколько тяжелее воздуха (1м³ – 1,33 кг). Получают разложением воды электрическим током или глубоким охлаждением (сжижением) атмосферного воздуха. За счёт кислорода происходит интенсивное горение горючих газов. Поставляется в баллонах синего цвета при давлении 150 атм.

Требуется избегать взаимодействия кислорода с маслами, жирами, которые могут самовоспламеняться в кислороде. Для сварки и резки кислород согласно ГОСТа (технический) выпускается трех сортов:

1. чистотой не менее 99,7%;

2. не менее 99,5%;

3. не менее 99,2%, по объему.

Чистота кислорода играет большую роль – чем меньше содержится в нем примесей, тем выше скорость реза, чище кромки и меньше расход кислорода.

3. Присодочный материал – служит для заполнения зазора между кромками свариваемого изделия и образования валика шва. Обычно это сварочная проволока диаметром 1 –6 мм (до 12 мм), близкая по химическому составу к свариваемому металлу. Сварочная проволока поставляется в мотках, массой не более 80 кг, на моток крепится бирка, где показывают завод изготовитель, номер партии, условные обозначения проволоки.

4. Флюсы – вещества, которые вводят в сварочную ванну для защиты металла от окисления и удаления окислов и неметаллических включений из сварных швов.

Флюс наносят заранее на кромки свариваемого металла или на присадочный пруток, либо вносят в сварочную ванну в процессе сварки. С помощью флюсов можно также осуществлять легирование металла шва. В процессе сварки флюсы, вводимые в сварочную ванну, расплавляются и образуют с окислами легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность сварочной ванны. При этом пленка покрывает расплавленный металл шва, предохраняя его от дальнейшего взаимодействия с воздухом.

При сварке легированных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов на поверхности образуется окисная пленка, которая переходит в сварочную ванну, поэтому и необходимо применять флюсы.

При сварке углеродистых сталей флюсы, как правило, не применяют.

В качестве флюсов используется: бура (Na₂B₄O₇), борная кислота, углекислый калий (K₂CO₃), а соли бария, лития, фтора и др.

К сварочным флюсам предъявляют следующие требования:

- флюс должен быть более легкоплавким, чем основной и присадочный металл;

- расплавленный флюс должен хорошо растекаться по нагретой поверхности шва;

- не должен выделять ядовитых газов, в процессе сварки;

- образовавшийся в процессе шлак должен надёжно защищать шов от кислорода и азота воздуха;

- флюс должен быть дешёвым и не дефицитным.

 

Оборудование для газовой сварки и резки.

Для организации газосварочного поста необходимо:

1.Ацетиленовый генератор или ацетиленовый баллон;

2.Кислородный баллон;

3.Кислородный и ацетиленовый редукторы;

4.Набор сварочных горелок;

5.Ацетилено-кислородный резак;

6.Шланги соединительные.

На посту также необходимо иметь: принадлежности для сварки и резки (очки, зубило, молоток и др.), присадочную проволоку, флюсы и средства пожаротушения (лопату, ящик с песком, огнетушитель и т.д).

Баллоны для сжатых газов. Для хранения, транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов, находящихся под давлением применяются баллоны.

Баллоны представляют собой стальные цилиндрические сосуды, в горловине которых имеется конусное отверстие с резьбой, для ввертывания запорного вентиля. Для каждого газа разработаны свои конструкции вентилей, что исключает их взаимозаменяемость. В зависимости от рода газа, находящегося в баллоне, они окрашиваются в условные цвета.

Редукторы для сжатых газов – служат для понижения давления газа, поступающего из баллона, до рабочего и автоматического поддержания этого давления постоянным, независимо от давления газа в баллоне.

Редукторы для газопламенной обработки классифицируются:

1. По принципу действия: прямого и обратного;

2. По назначению и месту установки: баллонные, сетевые;

3. По схемам редуцирования: одноступенчатые (О), двухступенчатые (Д) с механической установкой, двухступенчатые (У) с пневматической установкой давления;

4. По роду редуцируемого газа: ацетиленовые (А), кислородные (К), пропан-бутановые (П), метановые (М).

Редукторы отличаются друг от друга цветом окраски и присоединительными устройствами. Редукторы различаются по конструкции, по принципу действия, и основные детали одинаковы для каждого редуктора. Редуктор имеет: две камеры (высокого и низкого давления), клапан между ними и регулируемые пружины.

Ацетиленовый генератор – аппарат, предназначенный для получения ацетилена из карбида кальция с помощью воды.

Ацетиленовые генераторы подразделяются:

1. По давлению получаемого ацетилена:

- низкого давления до 0,1 кг*с/см²;

- среднего давления от 0,1 до 0,7 кг*с/см²;

от 0,7 до 1,5 кг*с/см².

2. По производительности и установке:

- передвижные, производительностью до 3 м³/ч;

- стационарные – от 3 до 320 м³/ч.

3. По способу взаимодействия карбида кальция с водой:

- карбид в воду «КВ»;

- вода на карбид «ВК»;

- вытеснение воды «ВВ»;

- комбинированные «ВК и ВВ».

Следует отметить, что все ацетиленовые генераторы, независимо от их системы, имеют следующие основные части: газообразователь, газосборник, предохранительный затвор, автоматическую регулировку вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления.

Сварочные горелки - служат для смешивания горючих газов с кислородом и получения сварочного пламени. Каждая горелка имеет устройство, позволяющее регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени. По способу подачи горючего газа и кислорода горелки подразделяются на инжекторные и безинжекторные. Наибольшее распространение получили инжекторные горелки. Инжекция – это процесс подсоса газа более низкого давления струей кислорода, подаваемого с большим давлением.

Горелка состоит из двух основных частей: ствола и наконечника. В комплект горелки входит несколько номеров наконечников (для сварки стали различной толщины).

Ацетилено-кислородный резак инжекторного типа служит для образования подогревающего пламени и подачи чистого кислорода в зону резки.

Резаки подразделяются:

1) по виду резки: для разделительной, поверхностной, копьем;

2) по назначению: для ручной резки, машинной, специальные;

3) по роду горючего для ацетилена, газов-заменителей, жидких горючих;

4) по принципу действия: инжекторные, безинжекторные;

5) по давлению кислорода: низкого и высокого давления;

6) по конструкции мундштуков: целевые, многосопловые.

Инжекторный резак подобно инжекторной горелке состоит из двух основных узлов: ствола и наконечника. Конструкция отличается тем, что имеется дополнительная трубка для режущего кислорода с вентилем, и головка с внутренним и наружным мундштуком.

Шланги соединитильные – служат для подвода газа к горелке или резаку. Они изготавливаются из резины с одной или двумя тканевыми прослойками. В зависимости от назначения они подразделяются на следующие классы:

I– для подачи ацетилена и газов заменителей (рабочее давление до 6 атм.);

II– для подачи жидких горючих (из бензостойкой резины, рабочее давление до 6 атм.);

III– для подачи кислорода (рабочее давление до 15 атм.).

Наружный слой шлангов окрашивают в различные цвета: кислородные – в синий, ацетиленовые – в красный, для жидкого горючего – в желтый.

Шланги изготавливают внутренним диаметром 6, 9, 10, 12 и 16 мм, для разных мощностей горелок. Для нормальной работы горелкой длина шлангов берётся не менее 4,5м и не более 20м. Допускается длина до 40 м. При использовании длинных шлангов снижается давление газов.

 

ГАЗОСВАРОЧНОЕ ПЛАМЯ.

Ацетилено-кислородное пламя обладает наиболее высокой температурой (3200⁰С), по сравнению с пламенем любого другого газа. Поэтому оно нашло самое широкое распространение.

От состава горючей смеси, т.е. от соотношения кислорода и горючего газа, зависит внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл. Ацетилено-кислородное пламя имеет следующее строение (рис. 5.18):

1.Ядро пламени (происходит постепенный нагрев до температуры воспламенения смеси Т=1500⁰ С. Горение смеси начинается на внешней оболочке ядра).

2.Восстановительная зона (сварочная температура наивысшая Т=3100-3200⁰С, в этой зоне происходит сгорание ацетилена за счёт первичного кислорода, входящего в смесь).

3. Факел пламени (зона полного сгорания, полностью сгорает ацетилен за счёт кислорода воздуха, в результате образуется углекислый газ и пары воды:

2СО + Н₂ + 1,50₂ = 2СО₂ + Н₂О.

Температура колеблется от 1200 до 2500⁰С).

 

Рис. 5.18. Строение сварочного ацетилено-кислородного пламени и распределения температуры по его оси:

1. Ядро пламени, 2. Восстановительная зона, 3. Факел пламени.

 

В зависимости от соотношения горючих газов различают следующие виды сварочного пламени:

1. - нормальное пламя (восстановительное), сваривают большинство сталей.

2. – окислительное пламя (имеет голубоватый цвет и ядро острой формы). Применяют для сварки латуней и пайке твёрдыми припоями.

3. – науглераживающее пламя (коптящее, красноватого оттенка). Применяется для сварки чугуна и цветных металлов.

 

СПОСОБЫ ГАЗОВОЙ СВАРКИ.

Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы. Наиболее трудно выполнять потолочные – ввиду стекания расплавленного металла. В этом случае сварщик должен удерживать жидкий металл в шве дутьём газового пламени.

В практике различают два способа сварки: правый и левый.

1.Правый способ – сварка ведётся слева направо, пруток идёт за горелкой. Пламя направлено на сваренный шов, при этом обеспечивается лучшая защита ванны от кислорода и азота, и происходит замедленное охлаждение шва. Этот способ позволяет полнее использовать тепло пламени и применим для сварки деталей с большой толщиной. Диаметр сварочной прволоки подбирают по формуле:

d = + 2, где d – диаметр сварочного прутка, S – толщина металла.

2. Левый способ – сварка ведётся справа налево, сварочное пламя направляется на несваренные кромки металла, а присадочная проволока перемещается впереди горелки. Этот способ применяется при сварке тонких и легкоплавких металлов.

Диаметр сварочной проволоки подбирают по формуле: d = + 1. Правый способ экономичнее левого, производительность его на 20-25% выше, а расход газов на 15-20% ниже. Правый способ целесообразнее применять при сварке деталей с толщиной более 5 мм, и при сварке металлов с большой теплопроводностью. При сварке металлов толщиной менее 3 мм более производительным является левый способ.

 

Газовая резка металлов

Газовая резка – это процесс сгорания металла в струе кислорода и удаление образовавшихся окислов этой струёй.

Газовая резка бывает: резка окислением, резка плавлением и резка посредством того и другого.

Сущность резки окислением – состоит в нагреве места резки до температуры горения металла в кислороде (для стали 800⁰С), сгорании нагретого металла в струе кислорода и удалении продуктов сгорания струёй кислорода.

Основными видами резки окислением являются: кислородная, кислородно-флюсовая, кислородно-дуговая.

Сущность резки плавлением – состоит в нагреве места резки до расплавления металла и выдувание расплавленного металла из места реза дугой и газами.

Основные виды резки плавлением: плазменно-дуговая, газолазерная, газодуговая.

Не все металлы и сплавы поддаются резке окислением. Окислительная резка, требует выполнения следующих условий:

1.Температура воспламенения металла в кислороде должна быть меньше температуры плавления. Этому условию отвечают стали: 1540⁰>1050⁰-1360⁰С. Алюминий не подходит под эту резку, т.к. Т_в-900⁰С>Т_п-660⁰С, невозможно получить постоянную форму среза.

2. Температура плавления окислов и шлаков должна быть меньше температуры плавления металла.

3. Металлы должны обладать небольшей теплопроводностью, чтобы не было сильного теплоотвода от места резки, иначе процесс прервётся. Медь и алюминий имеют высокую теплопроводность, поэтому они не поддаются кислородной резке.

4. Большая жидкотекучесть окислов, для лучшего их выдувания кислородом.

 

РЕЖИМЫ РЕЗКИ.

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: