ЗАЙЦЕВ Е. И., НАЗИМ Я. В., БУСЬКО М. В.
СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Часть І
Министерство образования и науки Украины
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
Кафедра “Металлические конструкции”
ЗАЙЦЕВ Е. И., НАЗИМ Я. В., БУСЬКО М. В.
«СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ»
(конспект лекций, часть І; для студентов всех форм
обучения по направлению подготовки «Строительство»)
Утверждено на
заседании кафедры
”Металлические конструкции”
Протокол № 000 от 01.01.2001 г.
Макеевка, ДонНАСА, 2007 г.
УДК: 621.791:69(075)
Сварочные работы в строительстве. Конспект лекций, часть І / Сост.: Зайцев Е. И.,
Назим Я. В., – Макеевка: ДонНАСА. – 2007. – 66 с.
В части I содержатся сведения о физической сущности сварки и классификации способов сварки. Приведены теоретические основы сварки. Даны основные сведения о сварочных материалах. Приведены контрольные вопросы для самопроверки, литература.
Издание 2-е, переработанное и дополненное.
Для студентов специальностей ПГС, ТСК, ТГВ, ГСХ, ВК.
Составители: , доц.
("1") , доц.
, асс.
Ответственный за выпуск: , доц.
Рецензенты: Губанов В. В., доц.
Живченко В. С., доц.
Предисловие
Одним из основных технологических процессов в производстве строительных конструкций является соединение деталей и элементов с помощью сварки. Сварку применяют при изготовлении и монтаже металлических и железобетонных конструкций, технологических трубопроводов и оборудования из различных марок сталей, цветных металлов и сплавов, других материалов.
Производительность при обеспечении необходимого качества сварочных работ, эффективность строительно-монтажного производства и надежность конструкций зданий и сооружений в немалой степени определяются техническим уровнем и квалификацией специалистов.
Это тем более важно в условиях применения для конструкций трудносвариваемых эффективных сталей и сплавов, использования новых сварочных материалов и все более сложного сварочного оборудования, применения новых прогрессивных технологических процессов, повышенных требований к качеству создаваемой строительной продукции.
Содержание конспекта лекций соответствует учебной программе раздела «Сварка в строительстве» дисциплины «Металлы и сварка в строительстве». Материал дается несколько шире, что позволяет использовать его при работе над курсовыми и дипломными проектами.
Конспект лекций представлен несколькими частями с целью удобства пользования при незначительном тираже каждой части.
Для закрепления полученных знаний по предлагаемому материалу приводятся контрольные вопросы.
Прилагаемый список литературы позволяет студентам расширить познания по интересующим их темам и вопросам.
Представленные в конспекте лекции материалы могут быть полезны специалистам, работающим в области строительства.
1. Общие сведения о сварке
Проблема прочного соединения твердых материалов с давних пор имеет большое значение. Процессы соединения деталей из металла, дерева, камня, керамики, кирпича, пластмассы и т. п., а также разделения и дробления их дополняют друг друга и составляют основу обработки твердых материалов. Без этих процессов нельзя представить сейчас промышленность и строительство.
Существует две большие группы соединения твердых тел:
1. Механические способы соединения;
2. Способы соединения за счет молекулярных и атомных сил сцепления.
К первой группе относят различные виды болтовых соединений, заклепочные и клиновые соединения, плотная посадка и т. п.; ко второй - сварка, пайка, склеивание, соединение цементами и др.
("2") Перечисленные способы соединения твердых тел различаются своими особенностями, и имеет свои области применения, дополняя друг друга, и позволяют выполнять самые различные производственные задачи.
Способы первой группы позволяют получать разъемные соединения, т. е. дающие возможность разъединять детали без их разрушения. Соединения второй группы в большинстве своем неразъемные.
Одним из основных способов второй группы является сварка, позволяющая соединять практически все металлы и их сплавы, стекло, пластмассы, керамику и т. п. Способы сварки все время совершенствуются, области применения их расширяются. Этого требует бурное развитие техники, использование новых материалов, создание новых оригинальных конструкций.
1.1. Физическая сущность сварки и ее классификация
Сварка представляет собой процесс образования неразъемного соединения однородных или разнородных тел за счет межмолекулярных или межатомных сил сцепления при нагревании и (или) пластическом деформировании.
Всякие твердые и жидкие тела представляют собой систему атомов или молекул, связанных между собой межатомными или межмолекулярными силами сцепления, которые являются результатом взаимодействия их электронных оболочек. Внутри объема тела эти силы сцепления взаимно уравновешены. Атомы и молекулы, находящиеся на поверхности тела, имеют свободные связи и могут при определенных условиях присоединять к себе другие атомы и молекулы (например, адсорбция газов, связь с поверхностными атомами другого твердого или жидкого тела.) Значит, для получения неразъемного соединения твердых тел необходимо обеспечить взаимодействие между поверхностными атомами тел. Для этого нужно сблизить кромки соединяемых деталей на расстояние, равное или меньшее межатомному расстоянию кристаллической решетки соединяемых м.
Для жидких тел это выполняется легко за счет подвижности, смачивания поверхности, но для твердых тел возникают трудности, т. к. их поверхность даже после тщательной обработки имеет микроскопические неровности, впадины, бугорки и при соприкосновении они будут иметь контакт только в отдельных физических точках.
Кроме того, атомному сближению и сцеплению препятствуют пленки окислов или других химических соединений, адсорбированных газов и различные загрязнения, в результате чего в обычных условиях на поверхностях соединяемых тел не могут проявиться межатомные силы сцепления из-за отсутствия свободных связей.
1.1.1. Сварка
При сварке перечисленные трудности получения прочного соединения устраняются двумя следующими основными приемами:
1. Нагревом соединяемых деталей;
2. Сдавливанием или осадкой их; нагрев ослабляет межатомные связи, снижает твердость материала и повышает его пластичность.
Сдавливание или осадка соединяемых деталей создает пластические деформации, течение материала на границе раздела, разрушает окислы и загрязнения, удаляя их из зоны сварки в грат вместе с поверхностным слоем материала и выводя «ювенильные» слои материала, что создает межатомные силы сцепления.
Нагрев и осадка при сварке дополняют друг друга: чем выше нагрев, тем меньше давление осадки, и наоборот. В предельных случаях осадочное давление или нагрев становятся ненужными.
При нагреве до расплавления металла осадочное давление не требуется, т. к. жидкий металл самопроизвольно сливается в общую сварочную ванну и после затвердевания части детали будут прочно скрепленными.
При холодной сварке к соединяемым деталям прикладывают высокое удельное давление осадки, создающее большие пластические деформации. Нагрев при этом не нужен. Возможна холодная сварка при температуре кипения жидкого азота (-196°С).
Многие другие способы сварки занимают промежуточное положение. Процессу сварки и повышению прочности соединения способствуют взаимное растворение и диффузия металла соединяемых частей. При сварке деталей из разных металлов могут образовываться непрерывные твердые растворы (Fe-Ni; Fe-Cr; Ni-Mn и др.), металлы могут иметь неполную взаимную растворимость (Fe-Cu; Fe-Zn) или практически не растворяться друг в друге (Fe-Ag; Fe-Mg; Fe-Pb и т. д.) Следует иметь в виду, что и в последнем случае могут успешно свариваться металлы.
Все имеющееся многообразие способов сварки (более 50) по способу устранения факторов, препятствующих межатомному взаимодействию, можно разделить на две группы:
1. Сварка плавлением (в жидкой фазе)
2. Сварка давлением (в твердой фазе).
("3") При сварке плавлением металл соединяемых частей в зоне сварки расплавляется, переходит в жидкое состояние. При этом расплавляется и присадочный материал; таким образом образуется сварочная ванна из основного и присадочного металла (рис.1.1).
а) | б) |
|
|
Рис. 1.1. Сварка плавлением: | |
а – плавление свариваемого металла; б – сварное соединение; |
При этом не требуется предварительной особо тщательной очистки поверхности металла; нагрев расплавляет металл и загрязнения поверхности, всплывающие в сварочной ванне.
Затвердевающий металл зоны сварки претерпевает значительные изменения в химическом составе и структуре, приобретая характерную структуру литого. Температура нагрева значительно превышает температуру плавления свариваемого металла, что исключает значительный нагрев обеих деталей и увеличивает скорость сварки.
В зависимости от источника нагрева сварка плавлением подразделяется на пять основных видов: дуговую, газовую, термитную, электрошлаковую и электронным лучом.
При дуговой сварке нагрев и плавление осуществляется за счет тепла электрической сварочной дуги; при газовой – используется тепло сгорания газа или паров жидких горючих; при термитной – тепло, выделяемое при сгорании термитной смесью; при электрошлаковом процессе тепло для сварки образуется от прохождения тока через расплавленный слой шлака; при электронно-лучевой – нагрев и плавление металла производится теплом от бомбардировки электронами луча металла изделия, помещаемого в вакуум.
Сварка давлением может производиться без предварительного или с предварительным местным нагревом деталей (рис.1.2). При этом состав металла и его структура не изменяются. Этот вид сварки требует тщательней подготовки и зачистки соединяемых поверхностей, требует обязательного приложения осадочного давления. При этом сила осадки обратно пропорциональна температуре нагрева свариваемых элементов. В зависимости от рода источника местного нагрева различают сварку: контактную (электросопротивлением), термитную давлением, газопрессовую, индукционную (электропрессовую), трением и вакуумно-диффузную.
а) | б) |
|
|
Рис. 1.2. Сварное соединение, выполненное (без расплавления металла): |
Каждый вид сварки подразделяется на способы, отличающиеся между собой технологическими особенностями.
1.1.2. Пайка
Этот процесс соединения металлов занимает промежуточное положение между сваркой и склеиванием. Соединение производится с помощью сравнительно легкоплавкого металла, называемого припоем, температура плавления которого ниже, чем соединяемого металла. Расплавленный припой наносится на хорошо зачищенные кромки соединяемых частей, смачивает их и после затвердевания образует соединение. Припой и соединяемые металлы весьма разнообразны, что обуславливает резкие различия в процессе пайки и характере получаемых соединений. Основная составная часть припоев - олово, медь, серебро.
В этом способе соединения существенную роль играет способность припоя хорошо смачивать основной металл, т. е. адгезия (прилипание) припоя к металлу должна превышать когезию (сцепление) частиц припоя. Основной металл не расплавляется. Здесь почти всегда применяются флюсы для очистки поверхности металла от окислов и других загрязнений и усиления адгезии жидкого припоя к твердому металлу.
Слой расплавленного припоя практически не оказывает сопротивления сдвигу. Прочность соединения возникает скачком образно при затвердевании припоя.
1.1.3.Склеивание
Это самый универсальный способ соединения твердых материалов за счет сил молекулярного сцепления. Можно склеивать дерево, металлы, пластмассы, бетон, стекло, резину и т. д., а также разнородные материалы (металл + дерево; + резина, + пластмассы и т. д.
Между соединяемыми частями клей вводится обычно в жидком виде и, реже, в виде порошка или пластинок, размягчаемых нагреванием. Клей в соединении затвердевает постепенно вследствие испарения растворителей, химических реакций или полимеризации. Склеивание почти полностью основано на адгезии, причем клей почти во всех случаях не взаимодействует с соединяемым материалом. Прочность склеивания довольно высокая, и при правильном склеивании разрушение под нагрузкой происходит или по соединяемому материалу, или по клеевой прослойке.
Преимущество способа такого соединения материалов - простота, небольшая стоимость и высокая универсальность.
("4") Недостатком является снижение прочности при нагреве, старение клеев, в сравнительно короткий срок снижающее их прочность, чувствительность некоторых из них к воздействию сырости.
1.1.4. Соединение цементами
Этот способ соединения материалов, в основном неметаллических, используется в строительной технике. Затвердевание цементов, соединяющих камни, кирпич, бетон происходит за счет химических реакций. Цементы обычно взаимодействуют с соединяемым материалом.
1.2. Развитие сварки в производстве сварных конструкций
Существующие ныне различные способы и виды сварки возникли не одновременно, некоторые из них были известны человечеству еще в далекие времена, другие стали известны совсем недавно.
Еще в бронзовый век человек научился паять и сваривать плавлением, так называемым способом промежуточного литья. Образцы соединенных таким образом изделий из золота, серебра и бронзы имеют возраст лет.
С появлением железа стала быстро развиваться сварка в твердой фазе, или сварка давлением, в виде так называемой кузнечной или горновой сварки. Изделия, сваренные таким образом, имеют возраст до 3500 лет.
Крупный скачок в развитии сварки связан с появлением новых источников тепла для нагрева металла: электрический ток, газокислородное пламя, термитная реакция. Первым был применен электрический нагрев.
Электрический ток для нагрева металла при сварке может быть использован различным способом. По масштабам применения и промышленному значению электродуговая сварка является наиболее важным видом сварки, в создании и совершенствовании которого видная роль принадлежит ученым и инженерам нашей страны.
Основоположниками открытия сварочной дуги и применения ее для сварки являются русские ученые и инженеры , и .
Впервые открытая в 1802г. проф. электрическая дуга долгое время не могла быть примененной на практике из-за отсутствия необходимых источников тока. Только в 1849г. дуга Петрова зажглась на башне Адмиралтейства, осветив Петербургские улицы.
В 1876г. известный электротехник решил задачу автоматического регулирования дуги, осветив своей «свечой» улицы Парижа и Лондона.
, талантливый изобретатель, является родоначальником всех существующих способов дуговой сварки, а также электрической контактной сварки. В 1882г. он впервые в мире использовал дуговой разряд для соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока, т. е. дуговой сварки и резки металлов (дуга между изделием и угольным электродом, питание от специально построенной аккумуляторной батареи). является автором всех основных видов электродуговой сварки, наиболее широко распространенной сейчас, и многих других (~100) изобретений в различных областях техники: сварка металлическим электродом, в т. ч. и с применением флюса; сварка косвенно действующей дугой, горящей между двумя или несколькими электродами; магнитное управление дугой; сварка в струе газа; электрическая контактная точечная и стыковая сварка.
были изобретены автоматы для сварки угольным электродом и металлическим. Дальнейшее совершенствование дуговой сварки связано с именем крупного русского инженера , который в 1888г. предложил способ сварки металлическим электродом, впервые спроектировал и построил специальные сварочные генераторы. Его работы положили начало развитию теории сварочных процессов, в частности, металлургических основ электродуговой сварки.
Отсталость царской России не позволила реализовать возможности, открытые изобретениями и .
Только после Великой Октябрьской социалистической революции электродуговая сварка нашла широкое промышленное применение. Новый этап в истории сварки начинается с 1929г., когда было принято постановление Совета Труда и Обороны о развитии сварочной техники. Это постановление позволило создать материально-техническую базу для разработки и внедрения передовых методов сварки в СССР, начать подготовку кадров специалистов по сварке.
В строительных конструкциях сварку в СССР впервые широко начали применять на новостройках страны (Магнитогорский и Кузнецкий металлургический комбинаты, з-д «Азовсталь» и др.) в гг. Сварные конструкции изготовляли из малоуглеродистых сталей с применением электродов со стабилизирующими покрытиями. Применение сварки давало экономию 10-20%. Для сварки арматуры применяли главным образом контактную сварку. Качество сварных соединений получалось низким (
), соединения проектировались по типу клепаных, концентрация напряжений в сварных соединениях не учитывалась.
Во второй половине тридцатых годов темпы развития сварки в конструкциях возросли. Появились более качественные электроды с толстыми покрытиями, дающие более качественные сварные соединения (
), покрытия которых выполнены на рудах кислого типа.
В конце тридцатых годов произошел коренной поворот в развитии сварки. Благодаря выдающейся деятельности академика и Института электросварки (ИЭС) АН УССР была разработана автоматическая сварка под флюсом в ее современном виде. С 1940г. в СССР этот способ сварки получил промышленное применение и благодаря высоким технико-экономическим показателям стал основным из механизированных способов сварки (ИЭС разработал технологию изготовления рулонных заготовок резервуаров). В совершенствовании и внедрении этого метода большая заслуга принадлежит также ЦНИИТМаш, ВНИИЭСО, кафедрам сварки УПИ, ЛПИ, МВТУ им. Баумана и передовым заводам страны; зарубежным фирмам США, Англии и т. д.
Разработка электрошлаковой сварки (ИЭС им. Патона) значительно изменила технологический процесс изготовления конструкций из металла больших толщин.
("5") В конце сороковых годов промышленное применение получил метод сварки в среде защитных газов, а в начале 50-х годов - в углекислом газе на основе работ НИАТ, ЦНИИТМаш, ИЭС и др. Кроме того, совершенствовались и другие способы и методы сварки.
Развитие атомной энергетики и ракетостроения потребовало применения в сварных конструкциях новых марок специальных сталей и сплавов. Появились и внедряются новые методы сварки: электроннолучевая, ультразвуковая, диффузионная в вакууме, в контролируемой атмосфере, сварка трением, токами высокой частоты и др. Интенсивное развитие получили прогрессивные способы резки металлов: кислородный, газоэлектрический, газофлюсовый, плазменный и др.
Для этого периода характерным является разработка и внедрение в промышленность механизированных и автоматических поточных линий и участков по изготовлению сварных конструкций.
Выпуск сварочного оборудования в 1962г. по сравнению с 1958г. возрос более чем в 3 раза и превзошел темпы роста США и ФРГ. В 1963г. уровень механизации сварочных работ в строительстве достиг 22%, а в строительной индустрии - 62,4%. К концу 1970г. уровень механизации сварочных работ в строительстве был доведен до 40%.
В 1960г. на Днепропетровском ЗМК им. Бабушкина введена в эксплуатацию поточная линия двутавровых балок, а также участок сборки и сварки газгольдеров постоянного объема.
1.3 Характеристика основных способов сварки
1.3.1. Сварка давлением
Сварка давлением включает следующие способы: холодная сварка, ультразвуковая сварка, кузнечно-горновая, газопрессовая (с последовательным нагревом или с одновременным нагревом), электрическая контактная сварка (стыковая, точечная, шовная), индукционная сварка (при наличии газовой атмосферы или диффузионная в вакууме), термитная давлением и др.
а) Холодная сварка. Две тщательно очищенные у стыка пластины обжимают шайбами, исключающими выпучивание при деформации (дет.1), затем вдавливают пуансоны из твердого металла. При этом металл пластин сильно деформируется и течет вблизи поверхностей раздела. Ювенильные поверхности войдут в соприкосновение и между ними возникнут межатомные силы сцепления. При таком способе степень деформации зависит от свойств металла, свойств пленок окислов и схемы деформирования, а также глубины вдавливания пуансонов. Этот способ применим для пластичных металлов (Al, Cu, Ag, Ni) при соединениях внахлестку и встык (рис. 1.3)
а) | б) |
|
|
Рис. 1.3. Холодная сварка: | |
а – процесс деформирования; б – сварное соединение; |
б) Ультразвуковая сварка. Разрушение поверхностных окисных пленок и проявление межатомных сил сцепления может произойти при местной деформации поверхностей в месте контакта при введении в металл ультразвуковых колебаний (рис.1.4).
а) | б) |
|
|
Рис. 1.4. Ультразвуковая сварка: | |
а – процесс постановки точки; б – сварное соединение; |
Генератор 1, дающий частоту 8-15 кГц, и пуансон 2 приводят к разрушению окислов, некоторому местному повышению Т (~350°С) и свариванию. Таким способом сваривают при точечной и шовной контактной сварке тонкие листы (0,05-0,6мм) или тонкие с толстыми.
в) Кузнечно-горновая сварка. Это самый древний способ, имеющий сейчас ограниченное применение. После разогрева в горне металла до температуры сварочного жара (°) осуществляют сварочную операцию ручной или механизированной проковкой. Очистка окислов производится механическим способом и флюсованием (для оставшихся) – бура Na2B4O7, поваренная соль NaCl, речной песок SiO2.
г) Газопрессовая сварка. Принцип газопрессовой сварки аналогичен кузнечно-горновой с использованием для нагрева пламени газообразных горючих. Осуществляется как с последовательным нагревом от участка к участку с соответствующей их проковкой или статическим сдавливанием (чаще продольные швы, газовое пламя Т=1800°С) так и с одновременным нагревом сечения свариваемых элементов и их последующим одновременным сдавливанием (кольцевые швы, ацетилено-кислородное пламя, Т =3000°С).
д) Электрическая контактная сварка. Этот способ сварки один из самых важных и используется преимущественно в массовом иди серийном производстве однотипных изделий. Этот способ основан на разогреве металла проходящим по нему током. Количество выделяемого в металле тепла определяется законом Джоуля-Ленца:
Q=0,24·I·U·t=0,24·I2·R·t,
где Q – кол-во тепла, кал; I – сила тока, А; U – напряжение, B;
R – сопротивление, Ом; t – время, сек.
("6") В последовательной цепи на участке большего сопротивления (место контакта деталей) выделяется и большее количество тепла. Выбором соответствующей мощности для различных деталей можно обеспечить их быстрый нагрев (0,003÷10 сек.) и сварку последующим обжатием. При этом, ввиду большой электропроводности и малого удельного сопротивления металлов необходимо пользоваться большими токами – до нескольких тыс., даже десятков тыс., ампер при очень малом напряжении (U = I·R, U ≈ 2-6 вольт). Обычно используют переменный ток с применением силовых понижающих трансформаторов с регулятором.
Контактная сварка подразделяется на несколько видов, причем электрическая часть машины во всех случаях примерно одинакова. Основные способы: стыковая, точечная и шовная контактная сварка, а также рельефная.
Стыковая сварка осуществляется по двум схемам: сварка сопротивлением и сварка оплавлением. При сварке сопротивлением свариваемые детали 1 соосно зажимают в неподвижном (2) и подвижном (3) устройствах машины. Под некоторым давлением они приводятся в контакт друг с другом и включением трансформатора (4) через контактор (прерыватель) 5 обеспечивается замыкание цепи. После нагрева до температуры сварки (сварочного жара) давление увеличивается до осадочного - происходит пластическое деформирование нагретого металла для осуществления сварки (рис.1.5).
|
Рис. 1.5. Контактная стыковая сварка: |
1 – свариваемые детали; 2 – подвижный электрод; 3 – неподвижный электрод; |
При сварке оплавлением напряжение на детали подается, когда между ними зазор. При медленном сближении элементов 1 появляется контакт между отдельными точками торцов, приводящий к оплавлению всей поверхности. В нужный момент контактором 5 выключают ток и нагретые поверхности сдавливают. При этом выдавливается расплавленный металл, и твердые (в пластическом состоянии) нагретые объемы металла свариваются. Таким способом сваривают стержни, трубы, полосы, рельсы, звенья цепей и т. д.
Точечная сварка. Применяется для соединения деталей внахлестку t ≤ 5-6мм. Детали зажимают между двумя электродами с выпуклой поверхностью до контакта, включают контактором трансформатор; металл разогревается выделенным теплом, образуя ядро литого металла. Ток выключают, увеличивают сдавливание, после затвердевания жидкого металла происходит сваривание в районе литой точки (рис. 1.6).
|
Рис. 1.6. Контактная точеная сварка: |
1 – электроды; 2 – свариваемые детали; 3 – сварочный трансформатор; |
Шовная сварка. В принципе осуществляется так же как точечная, обеспечивая плотно-прочные герметические швы. Это достигается последовательной постановкой ряда точек с частичным перекрытием последующей точкой предыдущей. Электроды выполнены в виде роликов, которые при вращении протаскивают свариваемые элементы между собой, а периодическое включение тока приводит к последовательной сварке точек.
е) Индукционная сварка. В этом случае металл до сварочной температуры нагревается токами высокой частоты с помощью специального индуктора, имеющего форму, соответствующую форме нагреваемой детали. С помощью индукционного нагрева металл нагревают до расплавления и осуществляют плавлением, но практически требуется приложить осадочное давление, когда достигнута температура сварочного жара (рис.1.7).
|
Рис. 1.7. Индукционная сварка: |
1 – свариваемые детали; 2 – индуктор |
ж) Диффузионная сварка в вакууме. Применяется для сварки химически активных металлов. Для защиты от воздействия O2; N2 воздуха применяют вакуумные камеры с вакуумом мм рт. ст. После достижения такого вакуума осуществляют индукционный нагрев и дают осадочное давление.
з) Термитная сварка. Термитами называют порошкообразные или зернистые смеси, состоящие из металла с большой теплотой образования окисла (Al, Mg) и окисла металла с меньшей теплотой образования (Fe, Cu - окислы). Наиболее известный термит – Al и железная окалина Fe3O4.
При сгорании смесь дает восстановленное железо и окись алюминия, нагреваясь до Т =3000°С, с выделением большого количества тепла.
3Fe3O4+8Al=4Al2O3+9Fe+Q.
1кг смеси дает при сгорании 750 ккал тепла. Изделие, которое нужно сварить, заформовывают и нагревают до начала красного каления с одновременной прокалкой формы. Термитную смесь сжигают в тигле, и после отстойки расплав разделяется на два слоя: нижний - жидкое железо, верхний - жидкий шлак, в основном из Al2O3. Этим расплавом заливают заформованное изделие, расплавляя кромки изделий, сплавляя их с металлом из тигля (сварка плавлением) или же только разогревая их кромки до сварочного жара и производит сварку путем сдавливания разогретых частей (сварка давлением). В тигель иногда добавляют присадки: например, ферромарганец. Таким способом сваривают рельсы, стальные трубы, чугунные детали.
1.3.2. Сварка плавлением
Включает следующие способы: газовая сварка, дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая и др.
1) Газовая сварка плавлением. При этом способе источником тепла является высокотемпературное пламя горючих газов, из которых наибольшую температуру дает (свыше 3000°С) ацетилено-кислородное пламя (рис. 1.8, а).
При местном нагреве сосредоточенным пламенем кромки двух деталей могут быть расплавлены, образуя ванну. При движении пламени вдоль стыка металл под ним будет расплавляться, а позади пламени (вследствие охлаждения) затвердевать, образуя сварной шов между деталями. При соответствующем режиме можно получить необходимое проплавление металла и рабочее сечение шва. Для обеспечения равнопрочности соединения требуется сквозное проплавление металла, поэтому при большой толщине листов кромки обрабатывают под сварку, а объем разделки заполняют расплавленным присадочным материалом в виде прутка, подаваемого при сварке в пламя и расплавляющегося вместе с основным металлом.
а) | б) |
|
|
Рис. 1.8. Сварное соединение: | |
а – газовая; б – дуговая; | |
2) Электрическая дуговая сварка. При дуговой сварке нагрев металла осуществляется сварочной дугой. При устойчивом длительном протекании тока через ионизированный газовый промежуток между двумя электродами, подсоединенными к источнику питания, выделяется тепловая и световая энергия (рис.1.8.б).
("7") Температура, развиваемая дугой очень высока (°С) и значительно превышает температуру плавления различных конструкционных материалов. Дуговой разряд для сварки металлов применяют при различных формах его использования.
Сварка независимой дугой. Осуществляется нагревом металла дугой, горящей между 2-мя или 3-мя неплавящимися электродами, подключенным к разным полюсам источника. Изделие в электрическую цепь не включено, и дуга горит независимо от свариваемого изделия. Нагретые газы столба дуги контактируют с поверхностью металла, нагревают и расплавляют его. Дуга воздействует на изделие аналогично газосварочному пламени, а сама операция сварки производится так же. Сварку ведут как без присадок, так и с добавлением присадки, подаваемой в дугу в виде прутка (рис. 1.9).
| |
Рис. 1.9. Сварка независимой дугой: | |
1 – сварочная дуга; 2 – электрод; 3 –свариваемое изделие; 4 – жидкий металл |
Сварка неплавящимся электродом выполняется, когда свариваемое изделие включено в цепь дуги и является одним из его полюсов, а вторым полюсом является неплавящийся (угольный, графитовый или вольфрамовый) электрод. За счет тепла дуги изделие, а также присадочный металл, расплавляются. Эффективность сварки таким способом значительно выше предыдущего способа. Способ имеет довольно широкое применение.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
