Сварка и резка металлов

Сваркой называется процесс получения неразъемного соеди­нения металлических частей путем местного нагревания их до тесто­образного или расплавленного состояния. Сварка может осуществлять­ся с применением давления для сжатия свариваемых деталей или без применения его.

Сварку применяют при изготовлении железнодорожных вагонов, котлов, ответственных частей морских и речных судов, подъемно-тран­спортных сооружений, мостов, сельскохозяйственных машин и др. Очень широко сварка и резка металла используются в ремонтных и восстановительных работах, где они позволяют быстро и с наимень­шими затратами восстановить изношенное или вышедшее из строя оборудование и сооружения (доменные печи, мосты, морские суда, газо­проводные линии и т. д.).

Сварка применяется для соединений и наплавки разнообразных металлов: чугуна, стали, меди, бронзы, алюминия и др.для соединения металлов с неметаллами. Но не все металлы свариваются хорошо. Хорошо свариваются углеродистая сталь с содержанием углерода от 0,12 до 0,22%, низколегированные стали 20ХГС, 2ХМА и др. Огра­ниченно свариваются стали с содержанием углерода от 0,42 до 0,55%, низколегированные 30ХМА, 30ХГС и др. Плохо свариваются углеро­дистые стали с содержанием углерода более 0,55%, низколегированные 35ХГС, 40ХГС и др.

Сварным соединением называют соединение двух ме­таллических частей, осуществленное сваркой.

Виды сварных соединений и швов, выполняемых сваркой

Виды сварных соединений и швов, выполняемых сваркой

На рис. 38, а-д изображены основные типы сварных изделий (швов). При сварке электрозаклепками верхний лист просверливается и от­верстие заваривается так, чтобы сварка захватила поверхность нижнего листа.

Та часть сварного соединения, которая образуется расплавленным в процессе сварки, а затем затвердевшим металлом, называется свар­ным швом.

В зависимости от расположения шва на свариваемом изделии раз­личают швы нижние (обыкновенные), верхние (потолочные), горизон­тальные и вертикальные. Наиболее труден процесс сварки потолочных швов.

Классификация способов сварки

Одним из признаков классификации способов сварки является при­менение давления для сжатия деталей в процессе сварки. Сварка может осуществляться:

  • без приложения давления, путем расплавления металла свариваемых частей и слияния его;
  • после затвердевания образуется шов (сварка плавлением);
  • с применением давления, способствующего плотному контакту и взаимной диффузии металла в месте соприкосновения свариваемых частей (сварка давлением).

Сварка плавлением применяется шире вследствие меньшей стоимос­ти, простоты оборудования и универсальности.

По виду используемой для сварки энергии сварка подразделяется на:

  • химическую, при которой для нагревания используется тепло химической реакций (например, горение твердого или газообразного топлива); к ней относятся газовая, кузнечная и термитная сварка;
  • электрическую, при которой для нагревания используется электрический ток (электродуговая, электрошлаковая, электрокон­тактная);
  • механическую (сварка трением, холодная свар­ка);
  • ультразвуковую;
  • сварку электронным лучом, а также диффузионную сварку в вакууме.

Наиболее распро­страненными являются электродуговая, электрошлаковая, электрокон­тактная и газовая сварка.

Кузнечная сварка применяется для низкоуглеродистых сталей. Она осуществляется при температуре, близкой к точке плав­ления стали (1350-1450° С), при проковке наложенных сваривае­мых концов. Этот старинный способ сварки трудоемкий и малопроиз­водительный, поэтому применяется редко.

Термитная сварка производится при помощи порошко­вой смеси одной части алюминия с тремя-четырьмя частями окиси железа. Термит легко зажигается и при бурном горении достигается температура 3000° С. Наплавленным железом заполняют стыки сое­динений. Этот способ удобен для сварки рельсов и др.

Сварка трением применяется для соединения стержней встык. В сварочной машине один стержень закрепляется неподвижно, другой вращается, касаясь торцом неподвижного. От трения темпера­тура повышается. По достижении пластического состояния вращение прекращают, стержни сдавливают, и они свариваются. Сваркой тре­нием соединяют однородные и разнородные металлы.

Холодная сварка производится без подогрева, но при больших удельных давлениях. Она применяется для меди, алюминия, свинца, никеля, серебра и их сплавов.

Холодная сварка делится на:

  • стыковую;
  • точечную;
  • шовную.

Ультразвуковая сварка основана на преобразовании ультразвуковых колебаний в механические, что приводит к пласти­ческой деформации поверхностей свариваемых деталей и срастанию кристаллов. Этот способ применяется для соединения металлов внах­лестку^ также для сварки пластмасс.

Сварка электронным лучом производится путем помещения в вакуумную камеру изделий из тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена и др.). На место, подлежащее сварке, направ­ляют фокусированный электронный луч, под действием которого металл расплавляется и сваривается.

Электрическая сварка

Электросварка подразделяется на:

  • дуговую;
  • контактную.

При дуговой сварке энергия, необходимая для нагрева и рас­плавления металла, выделяется электрической дугой. Сварочная дуга питается постоянным током от сварочных машин-генераторов и пере­менным током от сварочных трансформаторов. Дуговая сварка может быть ручной и автоматической. Автоматическая обеспечивает получение высококачественного шва и увеличивает производительность труда.

При дуговой сварке ток по одному проводу подводится к сварива­емому металлу, а по другому — к электрододержателю, в котором зажат электрод. При приближении электрода к металлу между ними образуется электрическая дуга, расплавляющая металл.

При сварке листов 1 (рис. 39) металлическим электродом 3 по способу Н. Г. Славянова электрод сам плавится в сварочной дуге 2 и образует жидкий металл, заполняющий промежутки между сва­риваемыми частями. Для повышения качества наплавляемого металла электрод покрывается специальной обмазкой, которая также расплав­ляется и покрывает капли жидкого металла слоем шлака, защищая его от вредного влияния кислорода и азота окружающего воздуха. Ток к электроду подводится через электрододержатель 4 по проводу 5.

Сварка по Славянову и Бернардосу

Сварка по Славянову и Бернардосу

При сварке листов 1 (рис. 40) угольным электродом 3 по способу Н. Н. Бенардоса электрод не плавится. Заполнение шва производится расплавлением проволоки 2, вводимой со стороны в пламя сварочной дуги 6. Ток к электроду подводится по проводу 5 через электрододержа­тель 4. Этот способ применяется редко, так как менее удобен и не дает высокого качества наплавляемого металла.

Контактная сварка основана на использовании тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через свари­ваемый участок. Свариваемые детали в месте контакта нагревают до пластического состояния и сдавливают под определенным усилием, получая таким образом неразъемное соединение. Контактная сварка делится на стыковую, точечную и шовную.

Газовая сварка и резка

Газовая сварка относится к способам сварки плавлени­ем. При этом способе сварки кромки свариваемых деталей соединяют­ся швом совершенно так же, как при дуговой сварке, но источником тепла служит не дуга, а сварочное пламя, которое образуется при сго­рании горючего газа (ацетилена, а также коксового и светильного газа, водорода, бензола и др.). Горючие газы, смешиваясь с кислоро­дом, дают пламя 4 высокой температуры (около 3600° С-рис. 41, б).

Газовая сварка

Газовая сварка

Подвод газового пламени осуществляется сварочной горелкой (рис. 41, а), в которой происходит смешивание кислорода и горючего газа, а корпус 1 позволяет удерживать горелку в рабочем положении. На корпусе расположены вентили 2, регулирующие подвод кисло­рода и ацетилена. На конце горелки имеется мундштук 3через ко­торый выходит из смесительной камеры горючая смесь.

При сварке горелку продвигают вдоль шва. Угол наклона мунд­штука (рис. 41, а) колеблется от 15° (для сварки листов толщиной 1 мм) до 80° (при толщине 15 мм и выше).

Газовая резка применяется для разделения металла на части — при разрезке листового материала большой толщины, рель­сов, сортового проката; при вырезке деталей сложного контура из толстого листа. Кроме резки, струей кислорода прожигают отверстия в металле толщиной от 100 мм и более.

Газокислородную резку выполняют вручную и специальными ма­шинами. Для ручной резки применяют универсальный резак, имеющий сменные мундштуки — два подогревательных и пять режущих. Кон­струкция резака (рис. 42) в той части, где обеспечивается смешение горючей смеси, принципиально не отличается от сварочной горелки.

Ацетиленовый резак

Ацетиленовый резак

Техника безопасности при выполнении сварочных работ. К обслуживанию сварочных установок и аппаратуры, к производству сварочных работ допускаются только рабочие, знающие правила техники безопасности и имеющие право на производство этих работ.