Сварочно-монтажные работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

сварка электродуговая термитная газовая

Введение

1. Автоматическая электродуговая сварка

2. Техника газовой сварки

3. Термитная сварка

4. Пайка алюминия и его сплавов

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Сварка - это технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Благодаря своей относительной простоте применения, быстроте соединения различных материалов сварка находит широкое применение.

Сварка является экономически выгодным, высокопроизводительным технологическим процессом, что обеспечивает ее использование во всех областях машиностроения, строительства, науки и техники. Например, при замене клепаных конструкций на сварные соединения экономия металлов составляет 15-20 %, а при замене литых деталей сварными - около 50 %. Сварка является необходимым технологическим процессом обработки металлов. В настоящее время сваркой соединяют разнородные и однородные материалы: металлы и неметаллы - от нескольких микрон в микросхемах до нескольких метров - в тяжелом машиностроении. Трудно назвать отрасль промышленности, которая обходилась бы без применения сварки. Сваркой соединяют детали космических кораблей, лопасти турбин, корпуса подводных лодок и самолетов, корпуса приборов и выводы микросхем. Детали, соединенные сваркой, имеют прочность, равную прочности основного металла.



1. Автоматическая электродуговая сварка

Сварка под флюсом. При автоматической дуговой сварке управление электрической дугой, подачу присадочного материала и флюсов, установку и передвижение каретки вдоль шва осуществляют специальные механизмы.

Схема установки и процесс автоматической сварки горизонтального стыкового шва электродной проволокой под слоем флюса показаны на рис. 1.

Под автоматом располагают изделие, подготовленное под сварку. Ток от источника питания {обычно переменный) подводят к свариваемому изделию и к сварочной головке. При сварке на подготовленные кромки изделия впереди электрода насыпается флюс из бункера. Дуга возбуждается между свариваемым изделием и электродной проволокой. При горении дуги образуется жидкая металлическая сварочная ванна, закрытая сверху расплавленным шлаком и оставшимся не расплавленным флюсом. Дуга горит под слоем флюса и, следовательно, без доступа воздуха. Не расплавившийся флюс отсасывается шлангом в бункер. Шов имеет ровную мелкочешуйчатую поверхность серебристого цвета; сверху он покрыт коркой шлака, легко удаляемой с поверхности шва.

При автоматической сварке под слоем флюса применяют ток до 3000--4000 А.

Применение автоматической дуговой сварки под толстым слоем флюса (сварка закрытой дугой) позволяет значительно увеличить мощность дуги Сдэ 150 кВт и более); повысить производительность сварки в 5--10 раз по сравнению с ручной за счет глубокого проплавления основного металла; улучшить прочностные свойства и получить более чистый наплавленный металл, чем при ручной дуговой сварке. Это объясняется более полной защитой расплавленной ванны и лучшей металлургической обработкой расплавленного металла шлаком.



а -- схема установки: 1 -- бункер, 2-- флюсоотсасывающее устройство; 3 -- кассета, 4 -- электродная головка; 5 -- подающий механизм сварочной головки; 6 --шлаковая корка; 7 -- флюс; 8 -- сварной шов; б -- процесс сварки; 1 -- электрод, 2 -- газовый пузырь; 3 -- флюс: 4 -- слой шлака; 5 -- металл шва; 6 -- ванна жидкого металла; h -- глубина провара

Рисунок 1. Автоматическая дуговая сварка под флюсом.

Возбуждаемая дуга расплавляет не только электрод и основной металл, но и часть флюса. Расплавленный металл электрода в виде отдельных капель перемешивается с расплавленным флюсом и оседает в сварочной ванне. Образующиеся при высокой температуре дуги пара и газообразные вещества -- продукты частичного испарения металла, разложения флюсов и остатки воздуха, находящегося в слое гранулированного порошкообразного флюса -- создают вблизи дуги замкнутую газовую полость. Последняя изолирует дугу от атмосферного воздуха.

Большая плотность тока и направленное давление газов способствуют движению металла и шлака в расплавленной ванне, обеспечивают глубокий провар основного металла и, в конечном итоге, высокие механические свойства.

Универсальный сварочный трактор ТС-17-М (рисунок 2) -- широко применяемый агрегат автоматической сварки под слоем флюса. Трактор работает при постоянной скорости подачи электродной проволоки и предназначен для сварки прямолинейных и кольцевых швов в нижнем положении: стыковых, угловых и нахлесточных соединений металлов толщиной 2-- 20 мм. Трактор можно использовать для получения внутренних кольцевых швов. Сварку производят на постоянном и переменном токе.

Другой распространенный автомат -- трактор А ДС-1000-2, позволяющий легко изменять режим сварки.

Полуавтомат ПШ-5 представляет универсальный и высокоманевренный сварочный агрегат, работающий при постоянной скорости подачи электродной проволоки. Он может работать также при питании постоянным током от сварочного генератора.

При автоматической сварке свойства сварного шва определяются в основном составом свариваемого металла, электродной проволоки и флюса. Сварочная проволока должна быть очищена от ржавчины и загрязнений. Этим условиям удовлетворяет холоднотянутая сварочная проволока.

При сварке малоуглеродистых и конструкционных сталей большое значение имеют процессы окисления марганца и других элементов. Флюс надо выбирать так, чтобы он хорошо раскислял металл в сварочной ванне. Температура плавления флюса при автоматической сварке не должна превышать 1200°С, а его вязкость в расплавленном состоянии должна быть незначительной. Для автоматической сварки применяют флюсы, в состав которых обычно входит ферросилиций, марганцевая руда, известняк, доломит, плавиковый шпат, глинозем.



1 -- механизм подачи проволоки; 2 -- бункер для флюса, 3 -- кнопочный пульт управления; 4 -- кассета для проволоки; 5 -- электродвигатель; 6 -- механические передвижения

Рисунок 2. Сварочный трактор ТС-17-М

Для легирования наплавленного металла при автоматической сварке открытой дугой применяют трубчатые электроды (порошковая проволока), внутрь которых насыпают порошок из различных ферросплавов.

Электродуговая сварка в среде защитных газов. Особенность этого вида сварки втом, что электрическая сварочная дуга горит в струе газа, защищающей металл от вредного воздействия окружающего воздуха. В качестве защитных применяют инертные и активные газы (водород, окись углерода или их смесь с азотом). Наибольшее распространение получили аргоио-дуговая сварка и сварка в среде углекислого газа.

Аргоно - дуговая сварка. Аргон -- инертный газ -- хранят и транспортируют в специальных стальных баллонах под давлением 15 МН/ма (МПа). Для сварки меди и ее сплавов применяют аргон, содержащий кислорода до 0,02%, а для сварки низколегированных и хромоникелевых сталей -- чистый аргон. При сварке алюминиевых и магниевых сплавов суммарное содержание примесей в аргоне может составлять от 0,05 до 0,1%. Аргоно-дуговую сварку осуществляют тремя способами: ручной сваркой неплавящимся (вольфрамовым) электродом; полуавтоматической и автоматической сваркой неплавящимся электродом; то же, плавящимся электродом.

Сварку неплавящимся электродом обычно ведут на переменном токе с применением осцилляторов или на постоянном токе обратной полярности. Такую схему включения применяют при сварке алюминиевых сплавов, когда за счет эффекта катодного распыления происходит разрушение поверхностных окисных пленок. При сварке неплавящимся электродом (рисунок 3, а) дуга горит между вольфрамовым (или угольным) электродом 3 и свариваемым изделием I. В зону пламени дуги 5 подается присадочный пруток 2, изготовленный из материала, близкого по химическому составу к основному металлу. Металлический пруток и основной металл образуют ванну 6 расплавленного металла. Сварка осуществляется специальной горелкой, в которой укреплен электрод 3. По каналу горелки в зону дуги подается аргон 4.

При сварке на постоянном токе прямой полярности с горелками без водяного охлаждения максимально допустимый сварочный ток определяют по формуле

(1)

где I -- сила тока. A; d - диаметр электрода, мм. При сварке на переменном токе

(2)

При сварке с водяным охлаждением сварочный ток увеличивают на 20--30%. При ручной сварке диаметр присадочного прутка определяют по формуле

(3)

где s -- толщина металла, мм. Сварку плавящимся электродом осуществляют проволокой диаметром 0,6--3,0 мм. Химический состав электродной проволоки выбирают в зависимости от свариваемого металла, требуемой прочности шва.

Применение плавящегося электрода показано на рисунок 3. б. Пруток металла 8 автоматически подается в наконечник горелки 7. Защитный газ через специальный канал наконечника горелки 4 попадает в пламя дуги 5.

Аргоно-дутовую сварку применяют для толстостенных изделий из углеродистой и легированной стали и сплавов на основе алюминия, магния и титана.

Атомноводородна» сварка является разновидностью сварки в среде защитных газов. Особенность процесса в том, что молекулярный водород под влиянием высокой температуры дуги в промежутке между электродами превращается в атомарный по реакции Н2-2Н. В нижней части дуги при соприкосновении газа с холодным свариваемым металлом атомарный водород превращается в молекулярный. При этом выделяется большое количество тепла.

Водород не только предохраняет металл шва от воздействия кислорода и азота атмосферного воздуха, но и восстанавливает окислы металлов, образующиеся в зоне сварки.

Сварка в среде углекислого газа -- наиболее экономичный способ сварки малоуглеродистых и среднелегированных сталей. Углекислый газ транспортируют в баллонах емкостью 40 дмі под давлением 5--10 МН/мІ (Па). В таком баллоне содержится 25 кг жидкой кислоты, которая, испаряясь, образует 12,725 ма углекислого газа. В пищевой углекислоте содержится не более 1,5% примесей, в том числе не более 0,1 % влаги.

а -- аргоно-дуговая сварка наплавляющимся электродом: б -- плавящимся электродом; в -- атомно- водородная сварка: г -- сварка в атмосфере углекислого газа.

Рисунок 3. Схемы сварки в среде защитных газов.

Схема атомноводородной сварки приведена на рисунке 3. в. Сварочная дуга возбуждается двумя вольфрамовыми или угольными электродами 1, расположенными под углом 45°. Вдоль каждого электрода по каналу подается струя водорода. Напряжение источника тока для облегчения зажигания дуги составляет 250--350 В, а рабочее напряжение равно 30--120 В. Сварочный ток относительно небольшой (10--70 А).

Атомноводородную сварку осуществляют горелкой особой конструкции. Присадочный металл 2 вводят в зону сварки 3 обычным способом. Сравнительно ограниченное применение этого способа объясняется сложностью и высокой стоимостью оборудования, а также опасностью поражения током высокого напряжения.

Схема сварки представлена на рисунке 3. г. Установка состоит из источника питания сварочного тока 1, газоэлектрической горелки 2, механизма подачи электродной проволоки 3, указателя расхода углекислого газа (ротаметра) 4, редуктора 5 (обычно после редуктора устанавливают осушитель влаги) и баллона 6 с углекислотой. Газоэлектрические горелки для малых токов (до 300 А) не имеют водяного охлаждения, а для токов более 300 А оборудованы таким охлаждением во избежание сильного перегрева при сварке.

Особенностью сварки в среде углекислого газа является возможность в широких масштабах заменить ручную электродуговую сварку полуавтоматической и автоматической. При этом можно использовать электродную проволоку диаметром 0,6--2,0 мм, что обеспечивает высокую устойчивость процесса сварки, небольшое разбрызгивание и высокое качество сварных соединений. Однако следует учитывать, что при сварке некоторые элементы металла (С, Ti, Mg, Al, V и др.) выгорают. Для компенсации окислительного действия углекислого газа повышают содержание в электродной проволоке раскисляющих элементов (Mn, Si).

Для получения плотного, беспористого металла шва и уменьшения разбрызгивания металла при сварке необходимо поддерживать наиболее короткую дугу (1,5--4 мм).

Газоэлектрическая сварка в атмосфере углекислого газа наиболее эффективна для соединения тонких деталей. При сварке деталей малой толщины (до 2 мм) напряжение на дуге должно быть примерно 22 В, ток 60--150 А, расстояние от сопла горелки до металла 7--14 мм. Для сварки деталей средней толщины принимают ток 250--500 А, напряжение на дуге 26--34 В, расстояние от сопла горелки до металла 15--25 мм.

Сварку, как правило, осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Расход углекислого газа, достаточный для защиты зоны сварки от воздуха, составляет 15--25 дмі/мин при рабочем давлении 50 кН/ма (кПа).

На полуавтоматических и автоматических установках скорость сварки достигает 60 м/ч.

2. Техника газовой сварки

Газовая сварка - способ универсальный, но при ее выполнении необходимо помнить, что нагреванию подвергается достаточно большой участок вокруг сварного соединения. Поэтому нельзя исключить возникновение коробления и развитие внутренних напряжений в конструкциях, причем они более значительные, чем при других способах сварки. В связи с этим газовая сварка в большей степени подходит для таких соединений, для которых достаточно небольшого количества наплавленного металла и малого нагрева основного металла. Прежде всего речь идет о стыковых, угловых и торцовых соединениях (независимо от их пространственного положения - нижнего, горизонтального, вертикального или потолочного), в то время как тавровых и нахлесточных следует избегать (хотя они тоже могут осуществляться).

Чтобы сварной шов отличался высокими механическими свойствами, требуется выполнить следующие действия:

- подготовить кромки металла;

- подобрать соответствующую мощность горелки;

- отрегулировать пламя горелки;

- взять необходимый присадочный материал;

- правильно сориентировать горелку и определить траекторию ее перемещения по выполняемому шву.

Как и при дуговой сварке, при газовой кромки свариваемого металла нужно подготовить. Их очищают (на 20-30 мм с каждой стороны) от ржавчины, влаги, масла и пр. Для этого достаточно прогреть кромки. В случае сварки цветных металлов используют механические и химические способы очистки.

При осуществлении стыковых соединений (таблице 1) следует помнить о некоторых правилах разделки кромок:

- при сваривании тонколистового металла (до 2 мм) присадки не используют - достаточно выполнить отбортовку кромок, которые потом расплавляются и дают валик сварного шва. Возможен и такой вариант: сварить кромки встык без разделки и зазора, но с применением присадочного материала;

- при сваривании металла толщиной менее 5 мм можно обойтись без скоса кромок и вести одностороннюю газовую сварку;

- при соединении металла толщиной более 5 мм кромки скашивают под углом в 35-40°, чтобы общий угол раскрытия шва составлял 70-90°. Это позволит проварить металл на всю толщину.

При выполнении угловых соединений присадочный материал не используют, а шов формируют расплавлением кромок металла.

Нахлесточные и тавровые соединения допускаются исключительно при сварке металла толщиной до 3 мм, поскольку при большей толщине локальный нагрев металла бывает неравномерным, что приводит к развитию значительных внутренних напряжений и деформаций, а также к появлению трещин как в металле шва, так и в основном металле.

Чтобы в процессе сварки детали не сдвигались и зазор между ними не изменялся, их фиксируют либо специальными приспособлениями, либо прихватками. Длина, количество и промежуток между последними зависят от толщины металла, длины и конфигурации шва:

- если металл тонкий, а швы короткие, длина прихваток составляет 5-7 мм при интервале между ними в 70-100 мм;

- если металл толстый, а швы длинные, то длину прихваток увеличивают до 20-30 мм, а расстояние между ними - до 300-500 мм.



Таблица 1. Предварительная подготовка кромок свариваемого металла при выполнении стыковых соединений.

Примечание: a - величина зазора; а1 - величина притупления; S и S1 - толщина металла.

В процессе сварки пламя горелки направляют на металл таким образом, чтобы он попадал в восстановительную зону и находился в 2-6 мм от ядра. При сварке легкоплавких металлов пламя горелки в основном ориентируют на присадочный материал, а зону ядра отодвигают на еще большее расстояние от сварочной ванны.

При сварке необходимо регулировать скорость нагрева и плавления металла. Для этого прибегают к таким действиям (рисунок 4):

- изменяют угол наклона мундштука;

- манипулируют самим мундштуком.

а - угла наклона мундштука; б - траектории движения мундштука и проволоки; 1 - при сварке тонколистового металла; 2, 3 - при сварке толстолистового металла

Рисунок 4. Способы регулировки скорости нагрева и плавления металла путем изменения.

При сварке необходимо следить за тем, чтобы:

- ядро пламени не контактировало с расплавленным металлом, поскольку последний может от этого науглероживаться;

- сварочная ванна была защищена зоной факела и восстановительной зоной, иначе металл будет окисляться атмосферным кислородом.

В процессе использования газовой горелки необходимо соблюдать правила обращения с ней:

1. Если горелка находится в исправном состоянии, то пламя, которое она дает, бывает устойчивым. В том случае, если наблюдаются какие-либо отклонения (горение нестабильное, пламя отрывается или гаснет, случаются обратные удары), надо обратить особое внимание на узлы горелки и отрегулировать ее.

2. Чтобы проверить инжекторную горелку, подсоединяют кислородный рукав, к корпусу крепят наконечник. После затягивания накидной гайки аккуратно откручивают ацетиленовый вентиль, кислородным редуктором устанавливают соответствующее давление кислорода, после чего открывают кислородный вентиль.

3. Если приставленный к ацетиленовому ниппелю палец присасывается, это означает, что кислород создает разряжение. Если этого не происходит, возможно, засорились инжектор, смесительная камера или мундштук. Их следует прочистить.

4. Повторить проверку на разряжение (подсос). Его величина определяется зазором между концом инжектора и входом в смесительную камеру. Выкручивая инжектор, зазор регулируют.

5. Категорически запрещено использовать неисправные горелки.

Различают два способа газовой сварки (рисунок 5):

- левую сварку, при которой горелку перемещают справа налево и держат позади присадочной проволоки. При этом сварочное пламя ориентировано на еще не сваренный шов. Этот способ не позволяет в достаточной степени защитить металл от окисления, сопровождается частичной потерей тепла и дает низкую производительность сварки;



а - левый; б - правый; 1 - присадочная проволока; 2 - сварочная горелка

Рисунок 5. Способы газовой сварки (стрелкой указано направление сварки)

- правую сварку, при которой горелку перемещают слева направо и держат впереди присадочной проволоки. В этом случае пламя ориентировано на законченный шов и конец присадочной проволоки. Такой способ дает возможность направить на расплавление металла сварочной ванны большее количество теплоты, а колебательные поперечные движения мундштука и проволоки осуществляются реже, чем при левом способе. Кроме того, конец присадочной проволоки оказывается постоянно погруженным в сварочную ванну, поэтому им можно перемешивать ее, что способствует переходу окислов в шлак.

Правый способ обычно применяют, если толщина свариваемого металла превышает 5 мм, тем более что при этом сварочное пламя по бокам ограничено кромками изделия, а сзади - валиком наплавленного металла. Благодаря этому потери теплоты снижаются, и она используется более эффективно.

Левый способ имеет свои преимущества, поскольку, во-первых, шов все время находится в поле зрения сварщика и он может регулировать его высоту и ширину, что имеет особое значение при сварке тонколистового металла; во-вторых, при сварке пламя может растекаться по поверхности металла, снижая риск пережога.

При выборе того или иного способа сварки нужно руководствоваться и пространственным положением сварного шва:

- при выполнении нижнего шва следует учитывать толщину металла. Его можно накладывать и правым, и левым способом. Данный шов наиболее легкий, поскольку сварщик может наблюдать за процессом. Кроме того, жидкий присадочный материал стекает в кратер и не выливается из сварочной ванны;

- для горизонтального шва предпочтителен правый способ. Чтобы не допустить вытекания жидкого металла, стенки сварочной ванны делают с некоторым перекосом;

- для вертикального шва на подъем - и левый, и правый, а для вертикального шва на спуск - только правый способ;

- потолочный шов легче накладывать правым способом, поскольку поток пламени направлен на шов и не дает жидкому металлу вытечь из сварочной ванны.

Способом, гарантирующим высокое качества сварного шва, является сварка ванночками (рисунок 6).



1 - направление сварки; 2 - траектория движения присадочной проволоки; 3 - траектория движения мундштука

Рисунок 6. Сварка ванночками

Данный метод применяют для сварки тонколистового металла и труб из низкоуглеродистых и низколегированных сталей облегченными швами. Им можно воспользоваться и при сварке стыковых и угловых соединений при толщине металла до 3 мм.

Процесс сварки ванночками протекает следующим образом:

1. Расплавив металл диаметром 4-5 мм, сварщик помещает в него конец присадочной проволоки. Когда ее конец расплавится, он вводит его в восстановительную зону пламени.

2. Одновременно с этим сварщик, чуть сместив мундштук, совершает им круговые движения, чтобы образовать очередную ванночку, которая должна несколько (примерно на треть диаметра) перекрывать предыдущую. При этом проволоку надо продолжать держать в восстановительной зоне, чтобы не допустить ее окисления. Ядро пламени нельзя погружать в сварочную ванну, иначе произойдет науглероживание металла шва.

При газовой сварке швы бывают одно- или многослойными. Если толщина металла составляет 8-10 мм, швы наваривают в два слоя, при толщине более 10 мм - три слоя и более, причем каждый предыдущий шов предварительно очищают от шлака и окалины.

Многопроходные швы при газовой сварке не практикуют, поскольку наложить узкие валики очень тяжело.

При газовой сварке возникают внутренние напряжения и деформации, поскольку участок нагрева оказывается более обширным, чем, например, при дуговой сварке. Для уменьшения деформаций необходимо принимать соответствующие меры. Для этого рекомендуют:

- равномерно нагревать изделие;

- подбирать адекватный режим сварки;

- равномерно распределять наплавленный металл по поверхности;

- придерживаться определенного порядка наложения швов;

- не увлекаться выполнением прихваток.

Для борьбы с деформациями применяют разные способы:

1. При выполнении стыковых соединений сварной шов накладывают обратноступенчатым или комбинированным способом, разделив его на участки длиной 100-250 мм (рисунок 7). Поскольку теплота равномерно распределяется по поверхности шва, основной металл практически не подвержен короблению.

2. Уменьшению деформаций способствует их уравновешивание, когда последующий шов вызывает деформации, обратные тем, которые вызвал предыдущий шов.

3. Находит применение и способ обратных деформаций, когда перед сваркой детали укладывают так, чтобы после нее в результате действия деформаций они заняли нужное положение.

4. Бороться с деформациями помогает и предварительный нагрев соединяемых изделий, в результате чего достигается меньшая разность температур между сварочной ванной и изделием. Этот способ хорошо работает при ремонте чугунных, бронзовых и алюминиевых изделий, а также в том случае, если они изготовлены из высокоуглеродистых и легированных сталей.



а - от кромки; б - от середины шва

Рисунок 7. Последовательность наложения шва при сварке стыковых соединений.

5. В ряде случаев прибегают к проковке сварного шва (в холодном или горячем состоянии), что улучшает механические характеристики шва и снижает усадку.

6. Термическая обработка - еще один способ устранения развившихся напряжений. Она бывает предварительной, проводится одновременно со сваркой или ей подвергают уже готовое изделие. Режим термической обработки определяют форма деталей, свойства свариваемых металлов, условия.

3. Термитная сварка

Термитная сварка -- процесс сварки металлических деталей жидким металлом заданного химического состава, получаемого в результате термитной (алюминотермической) реакции. Сущность термитной реакции заключается в том, что алюминий способен восстанавливать окислы металлов со значительным выделением тепла, в результате чего происходит изменение потенциального состояния энергии и рекристаллизация компонентов, участвующих в процессе.

Значительное количество тепла, выделяемого при термитной реакции, длительное время сохраняет металл в жидком перегретом состоянии и дает возможность использовать его для технологических целей.

В отличие от обычного процесса горения термитная реакция может происходить в замкнутых системах или даже в вакууме, так как реакция происходит за счет кислорода, содержащегося в окислах металлов.

Термитный процесс с железо-алюминиевым составом протекает в соответствии со следующей зависимостью.

Основным высококалорийным горючим, применяющимся в термитных Смесях, является алюминий. После кислорода и кремния алюминий является самым распространенным элементом земной коры и составляет около 8% массы Земли (железо 4,7%).

Принцип получения трудновосстанавливаемых металлов из их окислов впервые был выдвинут крупнейшим русским ученым-химиком, основоположником современной физической химии Н Н. Бекетовым. В 1865 г. в своей докторской диссертации «Исследования над явлениями вытеснения одних элементов другими» Бекетов превратил этот принцип в научную теорию, заложив основу алюминотермии. Он установил, что алюминий обладает очень большой активностью, соединяясь с кислородом, и что при определенных условиях алюминий легко восстанавливает из окислов другие металлы, стоящие правее его в таблице напряжений химических элементов.

Сварочный термит состоит из порошкообразного металлического алюминия и окислов железа в виде окалины (технологического отхода горячей обработки стали), а также различных присадок, вводимых в шихту для легирования получаемой стали.

Какие условия необходимы для начала термитной реакции?

1 Термитная шихта должна быть рассчитана так, чтобы в ходе реакции выделилось необходимое количество тепла для расплавления и перегрева конечных продуктов термитной реакции

2. Компоненты термитной шихты: алюминиевый порошок и окислы железа должны быть мелких фракций и тщательно перемешаны.

3. Для начала термитной реакции в любой точке термитной шихты необходимо создать температурный толчок не ниже 1350o. после чего термитная реакция быстро распространится на всю шихту.

В результате термитной реакции, которая в течение 15--30 сек. протекает очень активно, образуются металл (около 50% от первоначального веса термитной шихты) и шлак.

В процессе термитной реакции часть тепла расходуется на нагревание стенок тигля, лучеиспускание. Однако, несмотря на это, количество выделяющегося тепла достаточно для того, чтобы расплавить шихту и перегреть продукты реакции -- жидкий металл и шлак до 2600--2700o. Это обусловливает возможность получения чистого металла, так как благодаря значительной разнице в удельных весах жидкий шлак всплывает на поверхность, а металл опускается на дно тигля.

Качество термитного металла определяется физико-химическими свойствами компонентов шихты.

Для получения металла (стали) нужного химического состава в шихту вводят в измельченном состоянии легирующие материалы: ферромарганец, ферромолибден, ферротитан, феррованадий, углерод.

Измельченная легирующая присадка закладывается в тигель вместе с термитными компонентами.

Участие легирующих элементов в термитной реакции очень многообразно: они легируют термитную сталь, раскисляют и рафинируют ее. Кроме того, они частично теряются -- испаряются и переходят в шлак.

Ценные ферросплавы (ферротитан, феррованадий и др.) повышают прочность термитной стали, так как в ходе реакции, находясь в жидком состоянии, они образуют карбидную фазу титана и ванадия. Наличие в стали перечисленных карбидов увеличивает ее мелкозернистость, повышает твердость.

Длительность термитной реакции oт момента зажигания термита до ее окончания и полного отделения металла от шлака находится в прямой зависимости от количества сжигаемого термита и колеблется от 15 до 40-50 сек.

При одновременном сжигании больших количеств термита реакция протекает с относительно небольшими потерями тепла.

Термитные смеси в зависимости от их назначения можно условно разделить на следующие группы;

1) элементарная термитная смесь -- железная окалина плюс алюминиевый порошок в стехиометрическом соотношении;

2) термит для сварки рельсовых стыков. В шихту вводится стальной наполнитель - мелкие кусочки малоуглеродистой проволоки или стальная малоуглеродистая стружка, ферромарганец и порошкообразный графит,

3) термит для сварки легированных сталей. В качестве присадки используются ферротитан, феррованадий.

4) термит для сварки чугуна. В присадку вводится значительное количество кремния. Марганец исключается. Высокое содержание кремния в термитном металле способствует выделению графита в сварочной и переходной зонах и обеспечивает получение достаточно прочных сварных соединений;

5) термит для сварки высокомарганцовистых сталей. В этот термит вводится увеличенное количество марганца и углерода в виде ферромарганца и чугунной стружки;

6) специальные термиты - пиротехнические, для наварки пода в металлургических печах, уменьшения усадочных раковин в слитках, вторичного дробления минералов и руд, изготовления термитных брикетов.



4. Пайка алюминия и его сплавов

Алюминий и его сплавы очень быстро окисляются в процессе нагревания, образуя весьма стойкие окислы, затрудняющие ведение пайки. Поэтому процесс пайки алюминия и его сплавов во многом отличается от процессов пайки других металлов. Здесь применимы лишь те методы, при которых пленка окислов, покрывающая поверхность спаиваемых частей, разрушается непосредственно в момент пайки.

Известны три метода пайки алюминия и алюминиевых сплавов:

1) пайка с механическим разрушением окисной пленки;

2) пайка с разрушением пленки окислов при помощи ультразвуковых колебаний;

3) пайка с химическим разрушением окисной пленки.

Для получения доброкачественного соединения паяемых частей необходимо прежде всего произвести подготовку поверхности: очистку от грязи, обезжиривание и травление.

Метод пайки алюминия с механическим разрушением окисной пленки. Этот метод нельзя считать прогрессивным, тем не менее он все же часто встречается в практике работы слесаря.

Подготовленные для пайки поверхности нагревают до температуры плавления припоя, затем в зоне шва наносят слой расплавленного припоя и под ним шабером паяльником или стальной щеткой удаляют поверхностную пленку (производят облуживание). По мере удаления окисной пленки припой смачивает алюминий и после охлаждения дает прочную связь.

В ряде случаев окисную пленку соскабливают непосредственно палочкой припоя, в которую иногда вводят абразив. Такой способ паяния часто называют шаберным, или абразивным.

Метод пайки с механическим удалением окисной пленки наиболее удобен для запайки поверхностных дефектов в алюминиевых изделиях. В качестве припоя для этой цели применяют цинк, олово и их сплавы.

Для ускорения процесса пайки по этому методу используют электрический паяльник, при помощи которого окисная пленка удаляется -механически -- вибрирующей металлической щеткой.

Метод пайки алюминия с применением ультразвуковых паяльников. Окисную пленку с поверхности алюминия можно успешно удалять с помощью ультразвука. Вызываемые тем или иным способом в расплавленном припое колебания ультразвуковой частоты приводят к нарушению сплошности в слое припоя и периодическому возникновению и исчезновению огромного количества мелких пузырьков. В тот момент, когда пузырек, возникающий непосредственно на поверхности алюминия, исчезнет, расплавленный припой с силой ударяется об эту поверхность и разрушает окисную пленку; освободившаяся от окислов “поверхность алюминия немедленно смачивается расплавленным припоем, что и обеспечивает доброкачественную пайку. При этом способе пайки не обязательно применять флюсы. При использовании ультразвуковых паяльников отпадает необходимость в предварительной зачистке поверхности алюминия перед пайкой. Обезжиривать поверхности необходимо.

При пайке алюминия с применением ультразвука обычно используют лёгкоплавкие припои на цинковой или оловянной основе с цинком, кадмием и алюминием. В процессе пайки необходимо держать конец рабочего стержня паяльника как можно ближе к поверхности алюминия, но по возможности не касаться ее. При залуживании поверхности алюминия на поверхности припоя скапливаются мелкораздробленные частицы разрушенной окисной пленки. Для получения в этом случае доброкачественного паяного соединения желательно зашлакованный слой припоя удалить с поверхности чистой тканью, а затем произвести пайку свежим припоем.

Применение ультразвуковых колебаний при пайке алюминия особенно целесообразно в электро и радиотехнической промышленности, где нежелательно пользоваться коррозийноактивными флюсами.

Метод пайки алюминия с химическим разрушением окисной пленки. Этот метод пайки осуществляется при нагреве с помощью горелок, в печах и другими способами. При пайке изделий из алюминия припоями на алюминиевой основе вначале горелкой подогревают место спая и пруток припоя до температуры 300--400 °С. Затем конец прутка припоя окунают в сухой порошкообразный флюс типа 34А, а место спая дополнительно подогревают так, чтобы температура его была примерно на 50° выше температуры плавления припоя. Быстро и с нажимом проводят припоем по непрерывно подогреваемому месту спая. При этом имеющийся на прутке припоя флюс растекается по поверхности алюминия и растворяет окисную пленку, а припой, расплавляясь при соприкосновении с изделием, заполняет очищенный флюсом паяемый шов. После пайки изделие должно быть тщательно промыто для удаления остатка флюса, чтобы предохранить спаянную поверхность от коррозии.

Пайка алюминия и его сплавов представляет большие затруднения вследствие легкой окисляемости алюминия с образованием прочной окисной пленки, а также вследствие часто наблюдающейся слабой сопротивляемости коррозии мест пайки.

Самый простой способ пайки алюминия -- пайка трением. Металл подогревают до температуры плавления припоя; на поверхность металла наносят припой, который растирают проволочной щеткой или шабером. При натирании соскабливается пленка окисла и припой прочно соединяется с зачищенной поверхностью металла. Слой припоя предохраняет зачищенную поверхность от соприкосновения с воздухом. Облуженные поверхности сжимают и паяют при нагревании. Разновидностями пайки натиранием являются абразивная и ультразвуковая пайка. Абразивную пайку производят стержнем из измельченного асбеста с порошком припоя. При натирании нагретого металла асбест зачищает поверхность металла, а припой облуживает ее. Паяльный абразивный стержень закреплен в специальном паяльнике с электрическим нагревом.

Ультразвуковую пайку осуществляют ультразвуковым паяльником, в котором встроен магнитострикционный вибратор, сообщающий ультразвуковые колебания рабочей части паяльника. Паяльник наносит припой на поверхность металла, разрушает колебаниями слой окисла, и припой облуживает металл. Паяльник питается током от высокочастотного лампового генератора. Припоями для пайки трением служат технически чистый цинк или сплавы цинка, например 15--20% Sn, остальное цинк. Иногда при пайке трением применяют покровные флюсы из органических веществ -- канифоль, стеарин и т. п. Пайка трением может дать удовлетворительную прочность, около 9 кГ/мм2, но соединение подвержено коррозии и под влиянием атмосферы, особенно влажной, быстро разрушается. Это объясняется большой разницей электрохимических потенциалов алюминия и цинка. Получить действительно прочные соединения можно лишь пользуясь припоями на основе алюминия.

Лучшим из этих припоев считают 34А, представляющий собой сплав алюминия с медью и кремнием. Пайку ведут с нагревом газовой горелкой или в соляных ванных. Для пайки этими припоями нужны специальные флюсы.

Для пайки алюминия лучшим считается флюс 34А, применяемый совместно с припоем 34А. Флюс наносят на металл вместе с припоем, он быстро очищает металл, растворяя окислы, и припой легко растекается по очищенной поверхности, образуя прочное соединение с пределом прочности 15--18 кГ/мм2, стойкое против коррозии.



Заключение

Задачей сварочной операции является получение механически неразъемных соединений, подобных по свойствам свариваемому материалу. Это может быть достигнуто, когда по своей природе сварное соединение будет максимально приближаться к свариваемому металлу.

Свойства твёрдых тел, в том числе и механические (прочность, упругость, пластичность и др.), определяются их внутренними энергетическими связями, т.е. связями межмолекулярного, межатомного и ионного взаимодействия.

В зависимости от материала сварной конструкции, её габаритов, толщины свариваемого металла и других особенностей свариваемого изделия предпочтительное применение находят определённые разновидности электрической дуговой сварки.

Так, при изготовлении конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей наибольшее применение находят как ручная дуговая сварка качественными электродами с толстым покрытием, так и автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом, а так же сварка в углекислом газе; при сварке конструкций из высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов на их основе предпочтительное использование находит аргонно-дуговая сварка, хотя при определённых условиях применяются и некоторые другие разновидности электрической дуговой сварки.



Список литературы

1) Гельман А.С. “Основы сварки давленим”. М.,“Машиносроение”, 1970. 312 с.

2) Евсеев Г.Б., Глизмененко Д.А. “Оборудование и технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов”.М., “Машгиз” , 1974 г. 312с.

3) Ольшанский Н.А. , Николаев Г.А. “Специальные методы сварки”. М. , “Машиностроение ” , 1975. 232 с.

4) Справочник по сварке. Т. I-IV. М. “Машгиз”. 1961-1970. 416 стр.

5) Теоретические основы сварки. М., “Высшая школа”, 1970. 592стр.

6) Лашко Н.С., Лашко С.В. “Вопросы теории и технологии пайки”. М. “Машгиз”, 1975 г. 328 стр.

Размещено на Allbest.ru