Сварка. Химические способы сварки

Химические способы сварки включают в себя термитную и газовую сварку.

1. Термитная сварка

Способ сварки, при котором для нагрева металла используется термит, состоящий из порошкообразной смеси металлического алюминия или магния и железной окалины.

При использовании термита на основе алюминия соединяемые детали заформовывают огнеупорным материалом, подогревают, место сварки заливают расплавленным термитом, который предварительно зажигают (электродугой или запалом).

Жидкое железо, сплавляясь с основным металлом, даёт прочное соединение. Сварка термитом на основе алюминия применяется для соединения стальных и чугунных деталей — стыковки рельсов, труб, заварки трещин, наплавки поверхностей при ремонте. Термит на основе магния используется в основном для соединения телефонных, телеграфных проводов и жил кабелей. Из термитной смеси изготовляют цилиндрические шашки с осевым каналом для провода и выемкой с торца для запала. Подлежащие сварке концы проводов заводят в шашку, после чего шашку зажигают и провода осаживают. Термит на основе магния может быть использован также для сварки труб небольших диаметров.

Чаще всего соединяют термитной сваркой рельсы (рис. 1), провода, линии электропередачи и связи, а также стыки арматуры. Эффективен данный способ для сваривания отломившихся элементов изделий из стали, таких как зубья в больших шестеренках. Благодаря своим преимуществам термитный сварочный процесс активно используется в ремонтных работах чугунных и стальных конструкций.

Рис. 1. Термитная сварка рельсов

2. Газовая сварка

При газовой сварке место соединения нагревают до расплавления высокотемпературным газовым пламенем (рис. 3, а). При нагреве газосварочным пламенем 4 кромки свариваемых заготовок 1 расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом 2, который вводят в пламя горелки 3 извне. Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода.

Рис. 3. Схема газовой сварки (а) и схема газового баллона (б)

Кислород, используемый для сварочных работ, поставляют к месту потребления в стальных баллонах под давлением 15 МПа.

Баллоны (рис. 3, б): 1 – колпак; 2 — запорный вентиль; 3 – кольцо; 4 – горловина; 5 – башмак; 6 – днище, окрашивают в голубой цвет с чёрной надписью «Кислород».

Средняя жидкостная вместимость баллона 40 дм³. При давлении 15 МПа он вмещает 6000 дм³ кислорода.

Для снижения давления газа на выходе из баллона и поддержания постоянной величины рабочего давления применяют газовые редукторы (рис. 4).

Кислородные редукторы понижают давление от 15 до 0,1 МПа, а ацетиленовые – от 1,6 до 0,02 МПа. Редукторы, применяемые в сварочной технике, обычно имеют два манометра, один из которых измеряет давление газа до входа в редуктор, второй – на выходе из него. Корпус редуктора окрашивают в определённый цвет, например, в голубой для кислорода, в белый для ацетилена и т.д. К сварочной горелке кислород от редуктора подают через специальные резиновые шланги.

Рис. 4 Редукторы для сжатого газа

Для газовой сварки применяют ацетилен, так как он имеет большую теплоту сгорания по сравнению с другими горючими газами и высокую температуру пламени (3200^оС). Ацетилен (С₂Н₂) – взрывоопасен при избыточном давлении свыше 0, 175 МПа. Для безопасного хранения в баллоне его растворяют в ацетоне. Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет и делают на них красной краской надпись «Ацетилен». Давление ацетилена в баллоне 1,5 МПа. В баллоне находится пористая масса (активированный уголь), ацетилен, пропитывая её, становится безопасным. На рис. 5 показан рекламный плакат газовых баллонов.

Рис. 5 Газовые баллоны с различным газом

Газосварочные горелки (рис. 6, рис. 7) – устройство для газовой сварки с регулируемым смешиванием газов и созданием направленного газового пламени.

Рис. 6 Газосварочная горелка инжекторного типа

Рис. 7. Схема газосварочной горелки инжекторного типа (а) и виды (б – г) ацетиленокислородного сварочного пламени: б – нормальное; в – окислительное; г – восстановительное; 1 – сменный наконечник; 2 – мундштук; 3 – смесительная камера (для горючей смеси); 4 – кислородный вентиль; 5 – вентиль горючего газа; 6 – кольцевой инжектор; 7 – ядро пламени; 8 — восстановительная зона пламени; 9 – факел

Для сварки чаще всего используют газосварочные горелки инжекторного типа (рис. 7), так как они наиболее безопасны. Под давлением 0,1…0,4 МПа кислород поступает в горелку через вентилятор 4 и кольцевой инжектор 6. Выходя с большой скоростью из узкого канала инжектора, кислород подсасывает горючий газ, поступающий через вентиль в смесительной камере 3 получаем горючую смесь, которая через мундштук 2 подаётся к сменному наконечнику 1.

Присадочную проволоку, для газовой сварки, выбирают в зависимости от состава сплава свариваемого металла. Для сварки чугуна применяют специальные литые чугунные стержни. Для наплавки износостойких покрытий – литые стержни из твёрдых сплавов. Для сварки цветных металлов и некоторых специальных сплавов используют флюсы. Роль флюса состоит в растворении оксидов и образовании шлаков, легко всплывающих на поверхность сварочной ванны.

При газовой сварке заготовки нагреваются более плавно, чем при дуговой; это и определяет основные области её применения:

• для сварки металлов малой толщины (0,2 – 3 мм);
• легкоплавких цветных металлов и сплавов;
• для металлов и сплавов, требующих постепенного нагрева и охлаждения, например для инструментальных сталей, чугуна, латуней;
• для подварки дефектов в чугунных и бронзовых отливках. На рис. 8 показаны способы газовой сварки.

На рис. 9 показан рабочий момент газовой сварки.

Рис. 8. Способы выполнения газовой сварки.

Рис. 9. Работа с газосварочной горелкой

При увеличении толщины металла производительность газовой сварки резко снижается. При этом за счёт медленного нагрева свариваемые изделия значительно деформируются. Это ограничивает применение газовой сварки.

3. Термическая резка металлов

Газокислородная резка заключается в сжигании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся оксидов (рис. 10). При горении железа в кислороде выделяется значительное количество теплоты.

Рис. 10. Схемы газокислородной резки и газокислородный резак

Для начала горения металл подогревают до температуры его воспламенения в кислороде (например сталь – до 1000 – 1200^оС). На рис. 10, показан процесс газокислородной резки. Металл 3 нагревается в начальной точке реза подогревающим ацетилено-кислородным пламенем 2, затем направляется струя режущего кислорода 1, и нагретый металл начинает гореть. Горение металла сопровождается выделением теплоты, которая вместе с подогревающим пламенем разогревает лежащие ниже слои на всю толщину металла. Образующиеся оксиды 5 расплавляются и выдуваются струёй режущего кислорода из зоны реза 4. Конфигурация перемещения струи соответствует заданной форме реза.

По характеру и направленности кислородной струи различают следующие способы резки. Разделительная – резка на всю толщину металла. Поверхностная – для удаления поверхностных дефектов отливки.

Резка металла может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют универсальный резак типа УР со сменными мундштуками (рис. 10). В резаке конструктивно объединены подогревающая часть и режущая. Режущая часть состоит из дополнительной трубки 4 для подачи режущего кислорода. В мундштуке находятся два концентрически расположенных отверстия для выхода подогревающего пламени 1 и режущей струи 2.

Ручная резка вследствие неравномерности перемещения резака и вибрации режущей струи не обеспечивает высокого качества поверхности реза, поэтому полость реза механически обрабатывают. Для получения реза высокого качества применяют машинную резку. Машинную резку выполняют специальными автоматами и полуавтоматами с одним или несколькими резаками – по металлическому копиру или на станках с ЧПУ(рис. 11).

Рис. 11. Машины плазменной резки

«Кристалл-1.5х2.5» с числовым программным управлением предназначена для высокоточного раскроя листового проката черных, цветных металлов и их сплавов толщиной от 1 до 20 мм (в штатной комплектации).