ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ 5 глава

СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Газы-заменители, как правило, дешевле ацетилена, недефицитны и доступны для использования в районах их производства и применимы для других промышленных целей. Использование местных дешевых го­рючих газов вместо ацетилена значительно снижает стоимость газопла­менной обработки и упрощает организацию работ.

Эффективность и условия использования газов-заменителей при об­работке материалов газокислородным пламенем в основном определяют­ся следующими их свойствами: теплотой сгорания; плотностью; темпера­турой воспламенения и скоростью горения в смеси с кислородом; соот­ношениями между кислородом и горючим в смеси; эффективной тепло­вой мощностью пламени; температурой пламени при сгорании в смеси с кислородом; удобствами и безопасностью при получении, транспортиро­вании и использовании.

В качестве газов-заменителей ацетилена применяются газы при сле­дующем оптимальном рабочем соотношении кислорода и горючего газа в смеси (P = VK/Vr):

Ацетилен.................................... 0,8 ... 1,4

Водород..................................... 0,3 ... 0,4

Природный газ (метан)................1,0 ... 1,5

Пропан технический....................3,0 ... 3,5

Коксовый газ................................ 0,75 ... 0,8

Нефтяной газ.................................1,5 ... 1,6

Растворенный ацетилен. Для хранения и транспортирования аце­тилена под давлением используют баллоны, заполненные специальной пористой массой, пропитанной ацетоном. Ацетон, являясь хорошим рас­творителем для ацетилена, позволяет существенно увеличить количество ацетилена, накачиваемого в баллон. Кроме того, ацетон и сам по себе является флегматизатором ацетилена, снижая его взрывоопасность. Аце­тон удерживается в порах массы и распределяется по всему объему бал­лона, что увеличивает поверхность его контакта с ацетиленом при раство­рении и выделении из раствора. Ацетилен, отпускаемый потребителям в баллонах, называется растворенным ацетиленом (ГОСТ 5457-75). Макси­мальное давление ацетилена при заполнении 2,5 МПа, при отстое и охлаж­дении баллона до 20 °С оно снижается до 1,9 МПа. При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5 ... 5,8 кг ацетилена (4,6 ... 5,3 м³ газа при 20 °С и 0,1 МПа).

ГАЗЫ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ

Количество ацетилена в баллоне определяют следующим способом: наполненный баллон взвешивают с точностью до 0,1 кг и выдерживают при температуре не ниже 15 °С в течение 8 ч, после чего отбирают ацети­лен со скоростью не более 0,8 м/ч. Остаточное давление в баллоне после отбора должно быть не менее 0,05 МПа. После окончания отбора газа баллон вновь взвешивают. Разность между массой наполненного баллона и массой баллона после отбора из него газа составляет вместимость бал­лона в кг ацетилена. Для пересчета в м³ нужно вместимость баллона в кг разделить на 1,09 - плотность ацетилена в кг/м³ при 20 °С и 0,1 МПа.

Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры следующим образом:

Температура, °С -5 0 +5 +10 +15 +20 +30 +40

Давление, МПа .. 1,3 1,4 1,5 1,7 1,8 1,9 2,4 3,0

Ацетон - растворитель, имеющий температуру кипения 56 °С, темпе­ратуру замерзания -94 °С, плотность 0,7911 кг/м3. При давлении 0,1 МПа и 20 °С 1 кг ацетона растворяется в 27,9 кг ацетилена, или в 1 дм3 ацетона растворяется 20 дм° ацетилена. Растворимость ацетилена в ацетоне воз­растает примерно прямо пропорционально давлению. С понижением температуры растворимость ацетилена в ацетоне растет.

Чтобы полнее использовать вместимость баллона, порожние ацети­леновые баллоны следует хранить в горизонтальном положении, что спо­собствует более равномерному распределению ацетона по всему объему баллона. Наполнять баллоны ацетиленом следует медленно - с учетом скорости растворения его в ацетоне - и обычно в два приема: сначала наполнять баллоны в течение 6 ... 9 ч до давления 2,2 ... 2,3 МПа, затем отстаивать их и потом вторично докачивать до давления 2,3 ... 2,5 МПа так, чтобы после охлаждения давление в них составляло 1,9 МПа. Для ускорения -накачки баллонов иногда их снаружи охлаждают водой, что повышает коэффициент растворимости ацетилена в ацетоне.

Растворенный ацетилен имеет ряд существенных преимуществ пе­ред ацетиленом, получаемым из карбида кальция в переносных генерато­рах непосредственно на месте выполнения работ. При использовании ацетиленовых баллонов взамен переносных генераторов производитель­ность труда сварщика повышается на 20 %, на 15 ... 25 % снижаются по­тери ацетилена, повышаются оперативность и маневренность сварочного

СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

поста, удобство выполнения работы, безопасность, отпадают затрудне­ния, связанные с использованием генераторов в зимнее время. Кроме то­го, растворенный ацетилен является высококачественным горючим, со­держащим минимальное количество посторонних примесей, и потому может применяться при выполнении особо ответственных сварочных работ.

Контрольные вопросы

1. Что подразумевают под сварочными материалами?

2. Что обеспечивает применение сварочных материалов?

3. Каково назначение составляющих покрытия электрода для ручной дуговой сварки?

4. По каким видам подразделяют покрытия электродов?

5. Что относится к технологическим характеристикам плавления электродов?

6. Какие технологические операции выполняют при изготовлении электродов?

7. Какие данные входят в структуру условного обозначения элек­тродов?

8. Какие параметры контролируют при прокалке электродов?

9. Что относят к электродным материалам?

10. Что регламентирует ГОСТ для сплошной сварочной проволоки?

11. Каковы преимущества порошковых сварочных проволок?

12. Как подразделяют сварочные флюсы?

13. Каково влияние защитного газа на процесс сварки и качество шва при сварке плавящимся электродом?

14. Какие защитные газы используют при сварке неплавящимся электродом?

15. Назначение кислорода при газопламенной обработке.

16. Горючие газы для газопламенной обработки.

Глава 3

СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ

3.1. ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Газопламенная обработка металлов - это ряд технологических процессов, связанных с обработкой металлов высокотемпературным га­зовым пламенем. Наиболее широкое применение имеет газовая сварка и резка, которые, несмотря на более низкую производительность и качест­во сварных соединений по сравнению с электрическими способами свар­ки плавлением, продолжают сохранять свое значение при сварке тонко­листовой стали, меди, латуни, чугуна. Преимущества газовой сварки и резки особенно проявляются при ремонтных и монтажных работах ввиду простоты процессов и мобильности оборудования. Кроме сварки и резки газовое пламя используется для наплавки, пайки, металлизации, поверх­ностной закалки, нагрева для последующей сварки другими способами или термической правки и т.д.

Газовая сварка. Газовое пламя чаще всего образуется в результате сгорания (окисления) горючих газов технически чистым кислородом (чистота не ниже 98,5 %). При горении горючих газов с использованием возду­ха температура газового пламени низ­кая (не выше 2000 °С), так как много теплоты расходуется на нагрев азота, содержащегося в воздухе. В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, метан, пропан, пропанобута-новую смесь, бензин, осветительный керосин.

Газовое сварочное ацетиленокис-лородное "нормальное" пламя имеет форму, схематически показанную на рис. 3.1. Во внутренней части ядра пламени / происходит подогрев газо-

вой смеси, поступающей из сопла до температуры по оси

температуры воспламенения. В наруж- нормального газового пламени

Рис. 3.1. Распределение

СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

ной оболочке ядра происходит частичный распад ацетилена

С₂Н₂→2С + Н₂.

(3.1)

Выделяющиеся частицы углерода раскалены, ярко светятся, четко выделяя очертания оболочки ядра (температура газов в ядре невелика и не превышает 1500 °С).

Зона 2 является наиболее важной частью сварочного пламени (сва­рочной зоной). В ней происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода, поступающего в сопло из баллона, в результате чего здесь развивается максимальная температура. В этой зоне проходит ре­акция

С2Н2 + О2 → 2СО + Н2.

(3.2)

Содержащиеся в сварочной зоне газы обладают восстановительны­ми свойствами по отношению к оксидам многих металлов, в том числе и к оксидам железа. Поэтому ее можно назвать восстановительной. Содер­жание углерода в металле шва изменяется незначительно.

В зоне 3 или факеле пламени протекает догорание газов за счет ки­слорода воздуха

2СО + Н2 + 1,5О₂ → 2СО₂ + Н₂О.

(3.3)

Воздух содержит азот, и эта реакция точнее выглядит так:

2СО + Н₂ + 1,5О₂ + 6N₂ →2СО₂ + Н₂О + 6N₂, (3.4)

что отражает состав газов в факеле. Содержащиеся в факеле газы и про­дукты их диссоциации окисляют металлы, т.е. эта зона является окисли­тельной.

Вид ацетиленокислородного пламени зависит от соотношения в газовой смеси подаваемой в горелку кислорода и ацетилена .

При β= 1,1 ... 1,2 пламя нормальное (см. рис. 3.1). При увеличении этого

соотношения (например (β = 1,5), т.е.-относительном увеличении содер­жания кислорода (окислительное пламя), форма и строение пламени из­меняются (рис. 3.2). При этом реакции окисления ускоряются, а ядро пламени бледнеет, укорачивается и приобретает коническую заострен­ную форму. В этом случае сварочная зона утрачивает восстановительные свойства и приобретает окислительный характер (содержание углерода в металле шва уменьшается, выжигается).

ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Рис. 3.2. Строение ацетиленокислородного пламени:

а - окислительное; б - науглероживающее

С уменьшением β(например, β = 0,5), т.е. при увеличении содержа­ния ацетилена в газовой смеси реакции окисления замедляются. Ядро удлиняется и его очертания становятся размытыми: Количество свобод­ного углерода увеличивается, частицы его появляются в сварочной зоне. При большом избытке ацетилена частицы углерода появляются и в факе­ле пламени. В этом случае сварочная зона становится науглероживаю­щей, т.е. содержание углерода в металле шва повышается.

Пламя заменителей ацетилена принципиально подобно ацетилено-кислородному и имеет три зоны. В отличие от углеводородных газов во-дородно-кислородное пламя светящегося ядра не имеет (нет светящихся частиц углерода).

Одним из важнейших параметров, определяющих тепловые, а значит и технологические свойства пламени, является его температура. Она раз­лична в различных его участках как по длине вдоль его оси (см. рис. 3.1), так и в поперечном сечении. Она зависит от состава газовой смеси и сте­пени чистоты применяемых газов. Наивысшая температура наблюдается по оси пламени, достигая максимума в сварочной зоне на расстоянии 2 ... 3 мм от конца ядра. Эта сварочная зона является основной для рас­плавления металла. С увеличением Р максимальная температура возрас­тает и смещается к мундштуку горелки. Это объясняется увеличением скорости горения смеси при избытке кислорода. При избытке ацетилена (β менее 1) наоборот, максимум температуры удаляется от мундштука и уменьшается по величине.

Г.орючие газы-заменители ацетилена, дешевле и недефицитны. Од­нако их теплотворная способность ниже, чем у ацетилена. Максимальные температуры пламени также значительно ниже. Поэтому их используют в ограниченных объемах в технологических процессах, не требующих вы­сокотемпературного пламени (сварка алюминия, магния и их сплавов, свинца, пайка, сварка тонколистовой стали, газовая резка и т.д.). Напри­мер, при использовании пропана и пропанобутановых смесей макси­мальная температура в пламени 2400 ... 2500 °С. Их используют при сварке стали, толщиной до 6 мм, сварке чугуна, некоторых цветных ме­таллов и сплавов, наплавке, газовой резке и т.д.

СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

При использовании водорода максимальная температура в пламени 2100 °С.

Нагрев металла пламенем обусловлен лучистым, и в основном кон­вективным теплообменом между потоком горячих газов и соприкасаю­щейся с ним поверхностью металла. При вертикальном положении от пламени ее растекающийся поток образует на поверхности металла сим­метричное относительно центра пятно нагрева. При наклоне пламени пятно нагрева вытягивается по направлению оси и сужается с боков. Ин­тенсивность нагрева впереди ядра выше, чем позади его.

Ввод тепла в изделие при газовой сварке происходит по большей площади пятна нагрева. Источник тепла менее сконцентрирован, чем при других способах сварки плавлением. В результате обширной площади разогрева основного металла околошовная зона (зона термического влияния) имеет большие размеры, что приводит к образованию повы­шенных деформаций сварных соединений (коробление).

При газовой сварке на металл сварочной ванны активно воздейству­ет газовая фаза всего пламени и особенно сварочной зоны, содержащей, в основном, СО + Н₂ и частично пары воды, а также СО₂, Н₂, О₂ и N₂ и не­которое количество свободного углерода. Состав газовой фазы определя­ется соотношением кислорода и горючего газа в газовой смеси, темпера­турой пламени и различен в ее различных зонах. От этого зависят метал­лургические взаимодействия газовой фазы с металлом сварочной ванны. Основные реакции при сварке - это окисление и восстановление

2Ме + О₂ <-> 2МеО + Q. (3.5)

Направление реакции зависит от концентрации кислорода в газовой фазе (окислительное и науглероживающее пламя), температуры взаимо­действия и свойств оксида. При сварке сталей основное взаимодействие газовой фазы происходит с железом, т.е. образование его оксидов или восстановление. Элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо (Al, Si, Mn, Сг и т.д.) могут интенсивно окисляться тогда, когда реакций окисления железа не проходит. Они легко окисляются не только в чистом виде, но и находясь в виде легирующих добавок, причем чем их содержание выше, тем окисление интенсивнее. Окисление таких элемен­тов, как Al, Ti, Mg, Si и некоторых других вообще исключить не удается и для уменьшения их угара следует помимо регулирования состава газо­вой смеси использовать флюсы.

Ввиду относительно невысокого защитного и восстановительного действия пламени раскисление металла в сварочной ванне при сварке сталей достигается введением в нее марганца, кремния и других раскис-

ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

лителей через присадочную проволоку. Их действие основано на образо­вании жидкотекучих шлаков, способствующих самофлюсованию свароч­ной ванны. Образующиеся на поверхности сварочной ванны шлаки за­щищают расплавленный металл от кислорода, водорода и азота, газовой среды пламени и подсасываемого воздуха.

Содержащийся в пламени водород может растворяться в расплав­ленном металле сварочной ванны. При кристаллизации металла часть не успевшего выделиться водорода может образовать поры. Азот, попа­дающий в расплавленный металл из воздуха образует в нем нитриды. Структурные превращения в металле шва и околошовной зоне при газо­вой сварке имеют такой же характер, как и при других способах сварки плавлением (см. п. 6.2). Однако вследствие медленного нагрева и охлаж­дения металл шва имеет более крупнокристаллическую структуру с рав­новесными неправильной формы зернами. В нем при сварке сталей с со­держанием 0,15 ... 0,3 углерода при быстром охлаждении может образо­вываться видманштеттовая структура. Чем выше скорость охлаждения металла, тем мельче в нем зерно и тем выше механические свойства ме­талла шва. Поэтому сварку следует производить с максимально возмож­ной скоростью.

Зона термического влияния состоит из тех же характерных участков, как и при дуговой сварке (см. п. 6.2). Однако ее ширина значительно больше (до 30 мм при сварке стали больших толщин) и зависит от режи­ма газовой сварки.

В процессе сварки происходит расплавление основного и присадоч­ного металлов. Регулирование степени их расплавления определяется мощностью горелки (см. гл. 4), толщиной металла и его теплофизиче-скими свойствами.

Газовой сваркой выполняют сварные соединения различного типа. Металл толщиной до 2 мм соединяют встык без разделки кромок и без зазора или, что лучше, с отбортовкой кромок без присадочного металла.

Металл толщиной 2 ... 5 мм с присадочным металлом сваривают встык без разделки кромок с зазором между кромками. При сварке ме­талла свыше 5 мм используется V- или Х-образная разделка кромок.

Тавровые и нахлесточные соединения допустимы только для метал­ла толщиной до 3 мм. При большой толщине неравномерный разогрев приводит к существенным деформациям, остаточным напряжениям и возможности образования трещин. Свариваемые кромки зачищают от загрязнений на 30 ... 50 мм механическими способами или газовым пла­менем. Перед сваркой детали сварного соединения закрепляются в сбо-рочно-сварочном приспособлении или собираются с помощью коротких швов - прихваток (рис. 3.3).

СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Рис. 3.3. Последовательность прихватки коротких швов при малой (а) и большой (б) толщине металла

Направление движения горелки и наклон ее к поверхности металла оказывает большое влияние на эффективность нагрева металла, произво­дительность сварки и качество шва.

Различают два способа сварки: правый и левый (рис. 3.4). Внешний вид шва лучше при левом способе сварки, так как сварщик видит процесс образования шва. При толщине металла до 3 мм более производительным является левый способ сварки ввиду предварительного подогрева кро­мок. Однако при большой толщине металла при сварке с разделкой кро­мок угол скоса кромок при правом способе сварки на 10 ... 15° меньше, чем при левом. Угол наклона мундштука также может быть на 10 ... 15° меньше. В результате повышается производительность сварки. Тепловое воздействие пламени на металл зависит от угла наклона оси пламени к поверхности металла (рис. 3.5).

Рис. З.5. Применяемые углы наклона горелки в зависимости от толщины металла

В процессе сварки горелке сообщаются колебательные движения и конец мундштука описывает зигзагообразный путь. Горелку сварщик держит в правой руке. При использовании присадочного металла приса­дочный пруток держится в левой руке. Присадочный пруток располага­ется под углом 45° к поверхности металла.

Оплавляемому концу присадочного прутка сообщают зигзагообраз­ные колебания в направлении, противоположном движению мундштука (рис. 3.6). Газовая сварка может производиться в нижнем, вертикальном и потолочном положениях. При сварке вертикальных швов "на подъем" процесс удобнее вести левым способом, горизонтальных и потолочных -правым способом.

Рис. 3.6. Движения горелки и проволоки:

а - при сварке стали толщиной более 3 мм в нижнем положении;

б - при сварке угловых валиковых швов; / - движение проволоки;

2 - движение горелки; 3 - места задержек движения

СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Мощность пламени (расход горючего газа) зависит от толщины ме­талла и его теплофизических свойств. Чем больше толщина металла и чем выше его температура плавления и теплопроводность, тем большей должна быть мощность пламени.

Расход ацетилена при сварке углеродистой стали может быть по­добран по эмпирическим формулам:

при левом способе сварки

V_a =(100... 120)δ (л/ч), (3.6)

при правом способе

V_a =(120... 150)δ (л/ч), (3.7)

где δ - толщина стали, мм.

Для приблизительного подбора диаметра присадочного прутка мож­но использовать соотношение

d = +1 (мм).

(3.8)

При необходимости использования флюса он наносится на свари­ваемые кромки или вносится в сварочную ванну оплавляемым концом присадочного прутка (налипающим на него при погружении во флюс). Флюсы могут использоваться и в газообразном виде при подаче их в зону сварки с горючим газом.

Кислородная резка. Процесс кислородной резки металлов основан на способности железа сгорать в струе кислорода и принудительном уда­лении этой струей образующихся окислов. Сгорание железа происходит по реакциям:

Fe + 0,5О₂ = FeO + 268,8 кДж/моль; (3.9)

2Fe + 1,5О₂ = Fe₂O₃ + 829,7 кДж/моль; (3.10)

3Fe + 2О₂ = Fe₃O₄ + 1115,6 кДж/моль. (3.11)

Различают два основных способа резки: разделительная и поверхно­стная (строжка). При разделительной резке образуется сквозной разрез. Используется она при раскрое листов профильного металла, вырезки де­талей и т.д. Поверхностная строжка, с помощью которой на поверхности металла образуются канавки округлой формы, используется для удаления раковин и других дефектов в литейных отливах, сварных швах, напри­мер, непроваров в корне шва (рис. 3.7).

ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Рис. 3.7. Удаление поверхностной строжкой непровара:

а - в корне шва; б - границы удаляемого металла

Резка может осуществляться вручную или машинным способом, выполняемым на полуавтоматах и ав­томатах. Схема процесса разделитель­ной газокислородной резки представ­лена на рис. 3.8. Смесь кислорода с го­рючим газом выходит из подогрева­тельного мундштука резака и сгорает, образуя подогревательное пламя. Этим пламенем металл нагревается до темпе­ратуры начала его горения. После этого по осевому каналу режущего мундшту­ка подается струя режущего кислорода (чистота 98,5 ... 99,0 %). Кислород по­падает на нагретый металл и зажигает его. При его горении выделяется значи­тельное количество теплоты, которое совместно с теплотой, выделяемой по­догревательным пламенем, передается нижележащим слоям металла, которые

СгНг+Ог

Рис. 3.8. Схема процесса газокислородной резки:

/ - режущий мундштук;

2 - режущий кислород;

3 - разрезаемый металл;

4 - подогревательный мундштук;

5 - подогревательное пламя;

б - шлаки

также сгорают. Образующиеся при этом шлаки (оксиды железа и т.д.) выдуваются струей режущего кислорода из зазора между кромками реза. Для проведения кислородной резки металл должен удовлетворять сле­дующим требованиям:

1. Температура горения металла должна быть ниже температуры его плавления, т.е. металл должен гореть в твердом состоянии. В противном случае расплавленный металл трудно удалять из полости реза.

2. Температура плавления образующихся при резке оксидов должна быть ниже температуры плавления самого металла. В этом случае окси­ды легко выдуваются из полости реза.

3. Тепловой эффект образования оксидов должен быть высоким.

СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

При резке стали основное количество теплоты (70 ... 95 %) образу­ется при окислении металла. Этим условиям удовлетворяют низкоугле­родистые и низколегированные стали, титановые сплавы. Чугун не ре­жется кислородом вследствие низкой температуры плавления и высокой температуры горения; медь - из-за высокой температуры плавления и малой теплоты сгорания; алюминий - из-за высокой тугоплавкости обра­зующихся оксидов. Высоколегированные стали (хромистые, хромонике-левые и т.д.) не режутся ввиду образования тугоплавких, вязких шлаков.

Поверхность разрезаемого металла должна быть очищена от ржав­чины и других загрязнений. Металл устанавливается в положение, лучше всего в нижнее, но так, чтобы был свободный выход режущей струи с обратной стороны. Операция резки начинается с предварительного по­догрева в месте реза при температуре горения металла (1200 ... 1350 °С). Устанавливаемая мощность подогревающего пламени зависит от рода горючего газа, толщины и состава разрезаемого металла.

Начинают резку обычно с кромки металла. При толщинах до 80 ... 100 мм можно прорезать отверстие в любом месте листа. Ядро подогре­вающего пламени находится на расстоянии 2 ... 3 мм от поверхности металла. Когда температура подогреваемого металла достигнет необхо­димой величины, пускают струю режущего кислорода. Чем выше чистота режущего кислорода, тем выше качество и производительность резки. По мере углубления режущей струи в толщу реза уменьшается скорость и мощность струи режущего кислорода. Поэтому наблюдается ее искрив­ление (рис. 3.9), для уменьшения которого дается наклон режущей струи. При резке толстого металла ширина реза увеличивается к нижней кромке из-за расширения струи режущего кислорода. На кромках с их нижней стороны остается некоторое количество шлака.

Рис. 3.9. Отставание режущей струи (а); резак, наклоненный для уменьшения отставания струи (б)

ГАЗОПЛАМЕННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

В металле, на поверхности реза, повышается содержание углерода. Причина этого в том, что при горении углерода образуется окись углеро­да СО, при взаимодействии которой с железом в нем и повышается со­держание углерода. Возможна и диффузия углерода к кромке реза из близрасположенных участков металла.

Если производится последующая сварка для предупреждения по­вышения углерода в металле шва (образование закаленных структур), следует производить механическую обработку или зачистку поверхности реза. В процессе реза происходит термообработка металла кромок реза, соответствующая закалке. Ширина зоны термического влияния (до 6 мм) зависит от химического состава и возрастает с увеличением толщины разрезаемого металла.

Низкоуглеродистая сталь закалке практически не поддается. Проис­ходит только укрупнение зерна и появление в структуре наряду с перли­том участков сорбита. При резке сталей с повышенным содержанием углерода или легирующих примесей в структуре металла может появить­ся троостит и даже мартенсит. Неравномерный нагрев кромок создает напряжения в металле и деформирует его. Кромки реза несколько укора­чиваются, а в прилегающем слое возникают растягивающие напряжения, которые могут привести к образованию трещин.

Высокое качество кромок реза получается при механизированной . резке. Специальные машинные резаки закрепляются в суппорте, переме­щаемом механическим приводом. Направление перемещения осуществ­ляется по копирам, фотокопированием, с программным управлением и т.д. Подготовку кромок под сварку производят одновременно нескольки­ми последовательно расположенными резаками (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Скос кромки под сварку:

a - двумя резаками; б - тремя резаками

СУЩНОСТЬ И ТЕХНИКА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Своеобразным способом является резка кислородным копьем (про­жигание отверстий). Для этого используются длинные толстостенные трубки диаметром 8 ... 10 мм из низкоуглеродистой стали. До начала резки рабочий конец трубки нагревают сварочным пламенем или уголь­ной электрической дугой до температуры воспламенения металла в ки­слороде. При включении режущего кислорода конец трубки воспламеня­ется. Затем рабочий конец трубки слегка прижимают к металлу и углуб­ляют в него, выжигая отверстие. Образующийся шлак выдувается из от­верстия наружу избыточным кислородом и образующимися газами. При значительной глубине прожигаемого отверстия изделие нужно ставить в положение, облегчающее вытекание шлаков.

Многие легированные стали плохо поддаются обычной кислородной резке. Например, все стали со значительным содержанием хрома (при резке образуется тугоплавкий окисел хрома), чугун, цветные металлы. Однако они поддаются кислородно-флюсовой резке. При этом способе в зону резки режущим кислородом вдувается порошкообразный флюс. Он состоит, главным образом, из порошка металлического железа. Сгорая в струе кислорода, порошок дает дополнительное количество тепла, а об­разующиеся оксиды, смешиваясь с оксидами разрезаемого металла, раз­жижают их. В зависимости от состава разрезаемого металла во флюс мо­гут добавляться и другие добавки, например, кварцевый песок, порошок алюминия и др.

Газовая резка с водородно-кислородным или бензинокислородным подогревающим пламенем применяется при работах под водой. При электрокислородной резке используются стальные или графитовые труб­ки, через которые подается режущий кислород. Подогрев металла осуще­ствляется сварочной дугой.

Другими областями применения газового пламени является нагрев металла для правки металла, поверхностной термообработки, пайки, ме­таллизации и напыления.

Материалами для газовой металлизации являются проволоки, стержни или порошки из напыляемых металлов, их сплавов, оксидов, органических соединений, керамических стержней и т.д. Напыляемый материал подается в распылительную головку (рис. 3.11) и расплавляется с помощью ацетилено-кислородного или пропан-кислородного пламени. Расплавленный материал струей продуктов сгорания и воздуха распыля­ется и в виде мельчайших частиц наносится на поверхность детали. Час­тицы вдавливаются в поверхность, а в отдельных местах и свариваются с ней. Перед напылением поверхность следует тщательно зачищать и обезжиривать. Напыленный слой имеет неоднородную пористую струк-