Газопрессовая сварка.

Принцип газопрессовой сварки аналогичен кузнечной, однако для нагрева металла используют пламя газообразных горючих, которое более легко регулируется и дает возможность осуществлять нагрев металла более локализованное в определенном месте. Газопрессовую сварку осуществляют как с последовательным нагревом от участка к участку соответственно с их проковкой или статическим сдавливанием, так и с нагревом всего сечения свариваемых элементов с одновременным сжатием (рис. 1.8, в). Во втором случае можно применять как боковой, так и торцевой нагрев (пламя направляется параллельно оси свариваемых элементов, перпендикулярно к нагреваемым поверхностям кромок, подлежащих свариванию, или вдоль их оси). В случае бокового нагрева возможно сдавливание при продолжающемся воздействии пламени, а при торцевом пламя перед сдавливанием должно быть удалено. Так как при удалении пламени кромки быстро окисляются кислородом воздуха, их следует нагревать до поверхностного оплавления, чтобы окислы выдавливались вместе с жидким металлом. Сварка с одновременным нагревом всего сечения выполняется обычно ацетилено-кислородным пламенем (температура пламени около 3000° С). Этот вид сварки применяется при выполнении стыков трубопроводов и ряда деталей железнодорожного транспорта, изготавливаемых из углеродистых сталей.

(Q выделяющееся тепло, кал)

(Q-Дж), где / сила тока, A; U напряжение, В; R сопротивление, Ом; t время, с. В последовательной цепи участке большого сопротивления (каким в применении к сварке является место контакта двух подлежащих сварке поверхностей) выделяется большее количество тепла. Выбором соответствующей мощности сварочной машины для разнообразных деталей можно обеспечить их сварку быстрым (0,003-ъ10 с) нагревом и последующим сжатием. Обычно нагрев осуществляется переменным током при применении силовых понижающих трансформаторов. В зависимости от свариваемых элементов и требований к сварным соединениям машины для контактной сварки различают по конструкции применительно к различным видам сварки, основными из которых являются стыковая, точечная и шовная. Стыковая контактная сварка (рис. 1.9, а). Осуществляется по двум схемам: сварка сопротивлением и сварка оплавлением. При сварке сопротивлением подлежащие сварке элементы / и 2 со-осно зажимают в неподвижном 3 и подвижном 4 зажимных устройствах (губках) машины. Под некоторым давлением р их приводят в контакт друг с другом и включением трансформатора 5 посредством контактора 6 обеспечивают протекание сварочного тока, отрегулированного на необходимую величину. После нагрева металла до температуры сваривания (сварочного жара) давление р увеличивают (или иногда оставляют постоянным) и осуществляют осадку пластическое деформирование нагретого объема для осуществления сварки. При сварке оплавлением напряжение на свариваемые торцы подают до того как они сведены, т. е. когда между торцами есть зазор. При медленном сближении элемента / (зажатого в подвижные губки 4) с элементом 2 появляется контакт то в одной, то в другой точках, приводя их к быстрому оплавлению. Такой процесс приводит к постепенному оплавлению всей поверхности. Металл, прилегающий к оплавленной поверхности, нагревается до пластического состояния. В нужный момент времени контактор 6 выключает ток и поверхности нагретых элементов -сдавливают; при этом выдавливаются остатки жидкости и освобожденные от нее твердые, нагретые до пластического состояния объемы металла свариваются. Точечная контактная сварка (рис. 1.9, б) осуществляется для соединения элементов внахлестку. Свариваемые листы (детали) 2 и 3 зажимают неподвижным 4 и подвижным / электродами машины, имеющими плоскую или слегка выпуклую поверхность для контакта с наружными поверхностями свариваемых элементов. Через электроды передается и давление р. При включении тока трансформатора 5 контактором 6 в результате выделяемого тепла часть металла вблизи внутренних контактных поверхностей элементов 2 и 3 расплавляется, образуя ядро литого металла 7. После выключения тока и увеличения давления р осуществляется сдавливание элементов 2 я 3, затвердевание жидкого металла и местное сваривание в районе литой точки. Точечная сварка весьма производительна и при соответствующем количестве, размерах и качестве точек обеспечивает требуемую прочность сварных соединений. Шовная контактная сварка (рис. 1.9, б) осуществляется так же, как точечная, обеспечивая получение не только прочного, но и сплошного герметичного шва.

Это достигается последовательной постановкой ряда точек с частичным перекрытием последующей точкой предыдущей. В этом случае свариваемые элементы 2, 3 зажимают между электродами /, 4, выполненными в виде дисков. При осуществлении сварки диски, вращаясь, протаскивают свариваемые элементы между собой, а периодическое включение и выключение тока приводит к последовательной сварке точек. Контактная сварка может выполняться и в виде других схем, в частности как шовно-стыковая.

Индукционная сварка. Нагрев металла до сварочной температуры осуществляется индуцированием тока в свариваемых изделиях /, 2 (рис. 1.10, а) специальным индуктором 3, питаемым от источника тока 4. Обычно для такого нагрева применяют ток высокой частоты. Форма индуктора должна соответствовать форме нагреваемого изделия. Принципиально с помощью индукционного нагрева можно нагревать металл до расплавления и осуществлять сварку плавлением, однако практическое применение в основном получила сварка давлением, когда после доведения металла до сварочного жара происходит сдавливание свариваемых деталей. Диффузионная сварка. При сварке различных химически активных металлов, сильно ухудшающих свои свойства в результате взаимодействия при повышенных температурах с кислородом, азотом и другими газами, необходимо максимально исключить возможность такого взаимодействия в период выполнения сварочной операции. Это достигается применением вакуума; свариваемые изделия 1 и 2 (рис. 1.10, б) предварительно помещают в специальную камеру 5, из которой насосами 6 удаляют, воздух до получения вакуума 10~3Ю-5 мм рт. ст. (0,130,0013 Н/м2). После достижения такого вакуума осуществляют нагрев изделия индуктором 3, питаемого источником 4, и дают сварочное давление р. Вакуум предохраняет от окисления свариваемые поверхности, а в ряде случаев обеспечивает распад некоторых окислов, находящихся на нагреваемых поверхностях. Одновременно происходит удаление адсорбированных газов. Это позволяет получать качественные соединения ряда- металлов и металлов с неметаллами при относительно небольшой пластической деформации вблизи места соединения. Термитная сварка. При термитной сварке источником тепла является экзотермическая реакция (с выделением тепла) взаимодействия порошкообразных окисла и элемента с большей активностью (сродством) по отношению к кислороду. Например, если в тигель 1 (рис. 1.11, а) из огнеупорного материала поместить смешанные порошки алюминия и закиси железа и создать местный нагрев до ~750° С, то начинается реакция Fe 203+2Al =Al 203+2Fe +Q , (1 Л) которая распространяется на весь объем порошка и в оптимальных условиях полученные продукты реакции (А1203, Fe) теоретически должны нагреться до -^-3000° С.

Практически эта температура оказывается ниже и составляет около 22002400° С, при которой и железо и окись алюминия расплавлены и как несмешивающиеся жидкости разделяются по плотности (жидкое железо - собирается у дна тигля, а А1204 в верхней его части). Аккумулированный такой жидкостью запас тепла может быть использован для сварки давлением (рис. 1.11, б) или плавлением (рис. 1.11, в). При термитной сварке давлением на подготовленное для сварки изделие с плотно сжатыми торцами 1, 2 одевается форма 3, в которую сливается сперва А1203, а затем Fe. Когда их тепло достаточно разогреет торцы и прилегающие к ним объемы металла, дают сдавливающее сварочное давление. При термитной сварке плавлением зазор между торцами, которые должны быть сварены, или раковину 4 в отливке 5 заполняют расплавленным железом, а затем сверху сливают Al2Os. В связи с большим перегревом вылитой жидкости кромки (например, стенки раковины отливки) частично расплавляются, образуется общая сварочная ванна расплавленной части свариваемого металла и добавочного озаглавленного железа от термитной реакции. При последующем затвердевании этой ванны раковина или два соединяемых элемента оказываются сваренными без какого-либо дополнительного давления. Возможно и комбинированное применение этих способов. Область применения термитной сварки среди прочих видов сварки относительно невелика. Газовая сварка. Это сварка плавлением, при которой источником тепла является высокотемпературное пламя горючих газов. Если кромки двух, например, стальных листов / и 2 (двух деталей) подвергнуть местному нагреву сосредоточенным пламенем 3, то они могут быть доведены до расплавления (рис. 1.12). Образовавшаяся ванна 4 расплавленного металла контактирует с кромками обоих листов. Если пламя перемещать по линии стыка листов в направлении стрелки v, то ме-/ / талл под пламенем будет расплавляться, а позади пламени в свя Рис. 1.12 зи с охлаждением затвердевать. Этот затвердевший металл и образует сварной шов 5 между исходными листами (деталями). Подобрав соответственно режим (мощность пламени, скорость его относительного перемещения по кромкам листов) можно получить необходимое проплавление металла и, следовательно, рабочее сечение шва. Обычно для швов, которые должны обеспечить прочность, сопоставимую с прочностью свариваемых элементов, требуется получить сквозное проплавление соединяемых деталей (на всю их толщину). Если толщина металла велика и обеспечить сквозное проплавление трудно, то кромки под сварку обрабатывают со скосом и полученную разделку кромок заполняют добавочным расплавленным присадочным металлом 6. Этот присадочный металл обычно представляет собой прутки (стержни), подаваемые в пламя, расплавляющиеся в нем и пополняющие сварочную ванну. Дуговая сварка. При дуговой сварке нагрев металла осуществляется электрической дугой. При устойчивом длительном протекании тока через ионизированный газовый промежуток между двумя электродами, подсоединенными к соответствующему источнику питания, выделяется тепловая и световая энергии. Температура, развиваемая в дуге, может быть очень высокой, значительно превышающей температуру плавления различных конструкционных металлов. Для сварки металлов плавлением дуговой разряд применяется при различных формах его использования. Сварка дугой косвенного действия (рис. 1.13, а). Осуществляется нагревом металла дугой 1, горящей между двумя, обычно неплавящимися (например, графитовыми) электродами 2 и 4, подключенными к различным полюсам источника электрической энергии 3. Свариваемое (нагреваемое) изделие 6 в электрическую цепь не включено.

Дута горит независимо от свариваемого изделия. Нагретые газы столба дуги контактируют с поверхностью металла, они его нагревают и при достаточной мощности дуги расплавляют. Сварка может выполняться как без добавочного присадочного металла, так и с применением присадки 5, подаваемой в дугу в виде прутка. Сварка дугой косвенного действия практически применяется редко. Сварка неплавящимся электродом (рис. 1.13, б). Выполняется, когда свариваемое изделие 5 включено в цепь дуги / и является одним из ее полюсов. Второй полюс дуги находится на неплавящемся (угольном, графитовом, вольфрамовом) электроде 2. За счет тепла дуги изделие, а в ряде случаев и присадочный металл 4 расплавляются. Эффективность сварки при этом способе значительно выше, чем при сварке дугой косвенного действия, при одинаковой электрической мощности дуги, потребляемой ею от источника 3. Способ сварки неплавящимся электродом находит в настоящее время широкое применение. Сварка плавящимся электродом (рис. 1.13, в) выполняется по такой же схеме, как и при неплавящемся электроде (изделие 4 включено в цепь источника 3 и является одним из полюсов дуги ). Электрод 2 является металлическим, интенсивно расплавляемым дугой, и обеспечивает введение в сварочную ванну дополнительного (наплавленного) металла. Этот вид сварки является наиболее эффективным из рассмотренных видов сварки плавлением и в связи с этим имеет наибольшее распространение в промышленности при изготовлении и ремонте разнообразных металлических конструкций.

Сварка плавящимся электродом может выполняться

а) открытой дугой, когда в область дуги не подается защитный газ или флюс; зона дуги доступна наблюдению. Защита от воздействия воздуха часто осуществляется специальными веществами (газообразующими, шлакообразующими), вносимыми с электродом обычно в виде покрытия;

б) дугой под флюсом, когда место горения дуги закрыто порошкообразным флюсом, расплавляющимся теплом дуги и образующим шлак; в этом случае дуга не видна она горит в пространстве (газовой полости), изолированном от окружающей атмосферы слоем шлака и нерасплавившегося порошкообразного флюса. Этот метод защиты дуга характерен для механизированной сварки автоматической и полуавтоматической под флюсом;

в) дугой, защищенной от воздуха специальной газовой защитой, например углекислым газом или инертными газами аргоном, гелием. Этот способ обычно относят к дуговой сварке в защитном газе.