Сварка и резка металлов

Сварка — процесс получения неразъемного соединения с местным нагревом или без него при использовании сил молекулярного сцепления. Применение сварки дает экономию металла (она намного экономичнее клепки, литья). Сварка широко используется в промышленности и строительстве. С ее помощью изготавливают металлические конструкции, арматурные каркасы, металлические резервуары, мостовые фермы и другие изделия.

При сварке различают следующие виды соединений: стыковые, внахлестку, угловые, тавровые (рис. 12.12).

В зависимости от способа соединения металла в момент сварки различают два основных ее вида:

Виды сварных соединений

Рис. 12.12. Виды сварных соединений: а — стыковые; б — внахлестку; в — угловые; г — тавровые

  • ? сварка давлением, когда металл доводят до пластичного состояния и сдавливают;
  • ? сварка плавлением, при которой металл нагревают выше температуры плавления, после чего сваривают без применения механического воздействия.

Высокий местный нагрев при сварке вызывает значительное изменение в структуре металла. Чем меньше околошовная зона термического воздействия, тем выше свойства сварного шва.

В зависимости от источника нагрева различают электрическую и химическую сварку.

Электрическая сварка. Эта сварка основана на использовании тепла, выделяемого при прохождении электрического тока. Электрическая сварка подразделяется:

  • ? на сварку сопротивления (или контактную), при которой электрический ток выделяет тепло за счет омического сопротивления (в контактах свариваемых деталей);
  • ? электро дуговую, основанную на использовании при сварке тепла, выделяемого электрической дугой.

При сварке методом сопротивления электрический ток подводится к двум свариваемым изделиям. При их контакте выделяется тепло, которое размягчает металл, и под нагрузкой они свариваются. Применяются три вида контактной сварки: точечная, роликовая и стыковая.

Точечная сварка служит для соединения внахлестку сеток и каркасов. Суммарная толщина свариваемых таким способом изделий не должна превышать 20 мм.

Роликовая сварка используется для соединения листового металла.

Стыковая сварка применяется для соединения металлических стержней арматуры.

Источником тепла при электродуговой сварке (рис. 12.13) является электрическая дуга, открытая в 1902 г. профессором В.В. Петровым. При этом температура, развивающаяся в центре столба дуги, достигает 6000 °С.

Практическое применение электрической дуги для сварки металлов было осуществлено русскими инженерами Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым.

По способу Бенардоса (рис. 12.13, а) электрическая дуга возбуждается в атмосфере между угольным электродом и сва-

Схема дуговой электросварки

Рис. 12.13. Схема дуговой электросварки: а — способ Н.Н. Бенардоса; б — способ Н.Г. Славянова; 1 — держатель; 2 — электрод; 3 — электрическая дуга; 4 — присадочный материал; 5 — свариваемая деталь; 6 — плита; 7 — гибкий провод

риваемой деталью. При этом способе пользуются постоянным током. Положительный полюс присоединяют к свариваемому изделию, отрицательный — к угольному электроду. Присадочный материал вводят отдельно. Этот способ сварки широко применяется при сварке цветных металлов.

Способ Славянова(рис. 12.13, б) — основной вид сварки, применяемый для соединения элементов металлических строительных конструкций. При контакте изделия и металлического электрода между ними возникает электрическая дуга с температурой выше 5000 °С. При этой температуре металл электрода переходит в мелкокапельное жидкое состояние и переносится на свариваемое изделие. Металл изделия также расплавляется на некоторую глубину, которая называется глубиной провара, образуя с наплавленным металлом однородный сплав, в результате чего соединение приобретает высокую прочность.

Несмотря на большую распространенность, электродуго- вая сварка имеет ряд существенных недостатков:

  • ? малая скорость сварки за счет большой зоны разогрева металла, что вызывает коробление изделия;
  • ? пористость шва и выгорание легирующих компонентов из сплавов во время окислительных процессов;
  • ? затруднение сварки металлов с различными физико-механическими свойствами.

Для устранения отмеченных недостатков в последние годы применяется химическая сварка в среде защитных газов или под флюсом.

Химическая сварка. Эта сварка производится за счет тепла химических реакций и делится на газовую и термитную.

При газовой сварке тепловым источником служат продукты сгорания смеси кислорода с горючим газом или жидким распыленным топливом. В настоящее время применяются следующие горючие газы: ацетилен, водород, нефтегаз, природный газ, а также пары бензина, бензола, керосина и др.

Ацетилено-кислородная сварка наиболее экономична и эффективна. Ацетилен С2Н2 — бесцветный газ с плотностью 906 кг/м3, который получают путем воздействия воды на карбид кальция СаС2 + 2Н20 —> С2Н2 + Са(ОН)2.

При давлении 17,5 МПа и выше ацетилен взрывоопасен.

При полном сгорании ацетилена в кислороде образуется пламя с температурой около 3200 °С.

Для сварки используются специальные сварочные головки, в которых ацетилен смешивается с кислородом (рис. 12.14) и сгорает у выхода из горелки. Процесс сварки осуществляется наплавлением присадочного металла на нагретый ацетиленокислородным пламенем шов.

Присадочным материалом при газовой сварке служит стальная проволока диаметром 2...8 мм с содержанием углерода от 0,15 до 1,5 % в зависимости от состава свариваемого металла. Для уменьшения степени окисления шва во время сварки применяют флюсы (буру и борную кислоту).

Схема газовой сварки

Рис. 12.14. Схема газовой сварки:

1 — присадочный материал; 2 — свариваемый материал; 3 — наплавленный металл; 4 — корпус горелки; 5,7 — шланги для подачи ацетилена и кислорода; 6 — баллон с кислородом; 8 — ацетиленовый

генератор

Газовую сварку обычно применяют для изделий толщиной не более 30 мм. При большей толщине свариваемого изделия целесообразно применять электродуговую сварку.

Термитная сварка. Термит — смесь алюминиевого порошка (22 %) и оксидов железа Fe203 или Fe304 (78 %). Смесь предварительно тщательно перемешивают и подогревают до температуры около 1300 °С. После этого смесь вступает в реакцию и начинает выделять тепло при температуре 3000 °С:

Термитную сварку применяют для сварки труб, рельсов, при ремонтных работах. Наибольшее распространение термитная сварка получила на железнодорожном транспорте при сварке рельсов и труб.

Резка металлов. В строительстве широко применяется газовая резка металла. Наиболее распространена ацетиленокислородная резка металлов (рис. 12.15).

Схема ацетилено-кислородной резки

Рис. 12.15. Схема ацетилено-кислородной резки:

1 — режущий кислород; 2 — нагревательное пламя; 3 — выдуваемая окалина

Процесс резки распадается на три этапа:

  • 1) подогрев стали до температуры воспламенения (=1250 °С) смесью ацетилена и кислорода (С2Н2 + 02);
  • 2) сжигание подогретого участка стали подводимой струей чистого кислорода (02).
  • 3) выдувание струей кислорода оксидов, образовавшихся в разрезе.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >