Неровный В.М. Теория сварочных процессов (841334), страница 32
Текст из файла (страница 32)
На этом принципе основан процесс газолазерной резки. Кислород в этом процессе осуществляет следуюгцие функции: ! ) обеспечивает в результате реакции окисления выделение основной части энергии, необходимой для резки; 2) значительно увеличивает поглощательную способность материала вследствие создания на его поверхности оксидов, имеющих меньший коэффициент отражения по сравнению с основным металлом; 3) снижает поверхностное натяжение расплавленных металлов, имеющих жидкотекучие оксиды; 4) благодаря газодинамическому давлению способствует удалению расплавленных оксидов из зоны резки; 5) охлаждает кромки разрезанного материала. При газолазериой резке металлов лазер непрерывного излучения на углекислом газе мощностью до 5 кВт позволяет в струе кислорода резать листы из малоуглеродистых сталей толщиной до 1О мм, из легированных и коррозионно-стойких сталей — до 6 мм, из никелевых сплавов — до 5 мм, из титана — до 1О мм.
Металлы, образующие тугоплавкие оксиды с малой вязкостью, газолазерной резкой разделяются плохо, так как удаление оксидов из зоны резки в этом случае затруднено. К таким металлам относятся алюминий и его сплавы, магний, латунь, хром и целый ряд других металлов, которые выгоднее резать плазменной резкой. 3.3. Газовое пламя Газовое пламя — один из «старейших» источников энергии, используемых в сварочных процессах.
Сварочная газовая горелка появилась в начале ХХ в. как практическое осуществление химической реакции сжигания углеводородного топлива (чаще всего ацетиленового) в чистом кислороде. Сгорание топлива происходит по реакции 2С2Н2+ 502 = 4СО2+ 2Н20 + 1300,6 кДж/моль. В факеле газового пламени кроме С02 и паров Н20 обычно присутствуют продукты пирогенного распада ацетилена, СО и частично попадающий в зону сварки атмосферный воздух (рис. 3.13). Факел 2 объема С,Н, 2 объема Ог вз середки Зона максимальной температуры (3400 К) 3 объема Ог пз воздуха Рис.
ЗЛЗ. Схема образования газового пламени кислородно- ацетиленовой горелки В связи с этим защитные свойства газового пламени малоэффективны и сварочная ванна в значительной мере насыщается газами, ухудшающими свойства наплавленного металла. Поэтому газовая сварка химически активных металлов (титана, циркония и др.) практически невозможна. Интенсивность ввода энергии в материал при нагреве его газовым пламенем относительно невелика (см. табл. 1.6), поэтому при газовой сварке сварные швы имеют ббльшую ширину, чем при дутовой. 166 167 В последнее время газовая сварка в промышленности практически вытеснена другими, более прогрессивными способами сварки и используется в основном в ремонтных целях.
Вместе с тем газопламенная обработка благодаря сравнительной простоте и мобильности процесса широко применяется в промышленности в технологических процессах газовой резки, нагрева, пайки и газо- пламенного напыления. 3.4. Электрошлаковая сварка Электрошлаковая сварка появилась в свое время как дальнейшее развитие дуговой сварки под флюсом, когда было установлено, что при определенных режимах электрод «закорачивается» на слой расплавленного шлака и выделение теплоты (рис. 3.14) происходит при прохождении электрического тока через жидкую шлаковую ванну.
Общее количество теплоты, выделяемое в зоне сварки за 1 с, определяется как д =1 Неуи, где)1е — суммар- 2 ное сопротивление шлаковой и 5 металлической ванн. При электрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее — электроду ! и свариваемым кромкам. Ус- тойчивый процесс возможен Рис. 3.14. Схемы электрошлаковой толькО ЛРН постоянной темпе- сварки проволочным электродом без ратуре шлаковой ванны. Рабоколебаний (а) и с колебаниями (б): чая температура шлаковой ! — металл шаа; 2 — ыеталличеекал ванна; ванны под электродом может 3 — шлаковаЯ ванна; 4 — пРоволока' 5 достигать 2200 ..
2300 К ползуны При электрошлаковой свар- ке более равномерное выделение теплоты по объему сварочной ванны по сравнению со сваркой под флюсом позволяет сваривать за один проход детали значительных сечений (до нескольких квадратных метров); это обусловило широкое распространение электрошлаковой сварки в тяжелом машиностроении. Применяемые при электрошлаковой сварке флюсы отличаются высокой электропроводностью в расплавленном состоянии и низ- 168 кими стабилизирующими свойствами по отношению к дуговому разряду.
Например, флюс АНФ-1 содержит до 92 % плавикового шпата СаЕ2, являющегося активным дестабилизатором дуги. После развития начального дугового разряда расплавленный шлак полностью шунтирует дугу и дуговой процесс переходит в так называемый шлаковый.
Температура плавления шлака должна быть выше, чем температура плавления свариваемого металла. Электрошлаковую сварку обычно ведут на переменном токе при низком напряжении (40... 50 В) и рабочих токах до нескольких тысяч ампер. Баланс энергии этого сварочного процесса показан на рис. 3.15. % 2,5% 2,5 % Ползун 9% Металла ческая ванна Рис. 3.15.
Примерный тепловой баланс прн электрошлаковой сварке листов стали толщиной около 100 мм: ! — плавление проволоки — 23 %; 2 — плавленне основного металла — 60 %; 3 — потери на излучение — 1,5 %; 4 — потери в кромкам — 1,5 %; 5 — перегрев металлической ванны — 9 %; б — нагрев ползунов 2,5 " 2 = 5 % Вследствие большой поверхности контакта теплоносителей— шлаковой и металлической ванн — с основным металлом плотность тепловых потоков в металл невысока, поэтому для электро- шлаковой сварки необходима более высокая удельная энергия (от 100 до 200 кДж/см ), чем для большинства способов дуговой сварки. 169 3.5. Термитная сварка Химическая реакция взаимодействия оксидов железа с алюминием (алюмотермическая реакция) протекает с большим выделением теплоты по следующему уравнению: ЗРез04+ 8А1 — 4А1203+ 9ре+ 3242 кДж.
Такая реакция реализуется в технике при сжигании смесей алюминиевого порошка и железной окалины, получивших название термитов. Сравнительная простота осуществления алюмотермической реакции и доступность применяемых материалов положили начало широкому применению термитов в промышленности, особенно в металлургии и для сварочных процессов. При термитной сварке сначала производят поджиг термита, происходит его сгорание, а затем разделка кромок обычно заполняется жидким металлом, образующимся в результате алюмотермической реакции.
Разогрев и плавление кромок свариваемых деталей при термитной сварке осуществляются за счет теплосодержания жидкого присадочного металла, поэтому его объем выбирают в 2 — 3 раза ббльшим, чем это необходимо для заполнения разделки. Одно из основных достоинств процесса термитной сварки— простота осуществления в полевых условиях, что обусловило его применение для сварки рельсов, контактной сети железных дорог и некоторых строительных конструкций. Контрольные вопросы 1. Назовите основные стадии формирования электронного пучка.
2. Из каких основных элементов состоит электронная пушка и каково их назначение? 3. Какова примерно сила тока электронного пучка при электроннолучевой сварке? 4. Что входит в основные параметры режима электронно-лучевой сварки? 5. Какое давление устанавливается в вакуумной камере при электронно-лучевой сварке? 6. Каково приблизительное значение плотности мощности электронного пучка, обеспечивающее кинжальное проплавлеиие? 7. В чем состоят физические особенности эффективного процесса электронно-лучевой сварки? Каковы значения эффективного КПД? 8.
Что такое полихроматический свет? 9. Что можно предпринять для повышения плотности мощности при 170 фокусировке полихроматического света, используемого для сварки или пайки? 1О. Что такое когереитиое излучение? 11. В чем отличие спонтанного излучения от вынужденного? 12. Из каких основных элементов состоит лазер? 13. В чем отличие твердотельного лазера от газоразрялиого? 14. Для чего используют в СОз-лазере дополнительно азот и гелий? 15. С какой целью применяют СОклазеры с поперечной прокачкой? 16. В чем сущность электрошлакоаой сварки? Глава 4.
ПРЕССОВЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ Для прессовых и механических сварочных процессов характерно обязательное приложение давления в месте сварки. Источник энергии при этом может быть как внешним (газопрессовая, печная сварка), так и внутренним (контактная, индукционная сварка). 4.1. Прессовые сварочные процессы 4.1.1. Способы термопрессовой сварки Термопрессовая сварка осуществляется нагревом с одновременным или последующим приложением давления либо при их сочетании. В большинстве прессовых процессов используют последующее приложение давления, обеспечивающее осадку соединения. Значительная часть прессовых сварочных процессов может быть реализована с теми же источниками нагрева, что и термические сварочные процессы. Исключение составляет контактная сварка, где давление является обязательным фактором образования контакта для генерации теплоты.
К наиболее распространенным способам термопрессовой сварки следует отнести: контактную сварку со всеми ее разновидностями; газопрессовую; дугопрессовую; сварку в тлеющем разряде с давлением; индукционно-прессовые способы сварки; диффузионную сварку; различные способы кузнечной сварки — самого первого сварочного процесса, осуществленного человеком и до сих пор применяющегося в различных модификациях (сварка на кузнечнопрессовом оборудовании, сварка прокаткой, сварка волочением). Схема классификации способов контактной сварки (наиболее обширной группы термопрессовых сварочных процессов) приведена парис.
4.1. Кроме основных параметров — температуры на- 171 Контактная сварка Классификация по виду соединения Система питания Переменным током Точечная Постоянным током от выпрямителя Стыковая сопротивлением Стыковая оцлаалением Конденсаторная Шовная (роликовая) Аккумуляторная С накоплением энергии в механических элементах Шовно-стыковая Рельефная Т-образная По методу Игнатьева Д=! Ю, 172 173 Рис. 4.1. Классификация способов контактной сварки грена Т и давления р — характер термопрессовых сварочных процессов в значительной мере определяется временем сварки к Если в обычных термопрессовых сварочных процессах время сварки составляет единицы и десятки секунд, то в диффузионных оно может достигать нескольких десятков минут.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
