Сварка вентиляционных труб газом

Рис. 23 Сварка ванночками

Одним из способов, который позволяет получить высокое качество сварного шва, является сварка ванночками (рис. 23). Она применяется при сварке тонких листов и труб из низкоуглеродистых и низколегированных сталей облегченными швами, при сварке стыковых и угловых соединений при толщине деталей до 3 мм. Расплавив ванночку, диаметром 4—5 мм, сварщик вводит в нее конец проволоки и, расплавив небольшое количество ее, перемещает конец проволоки в восстановительную зону пламени. В это время мундштуком делаются круговые движения с небольшим перемещением для образования соседней ванночки. Новая ванночка должна перекрывать предыдущую на 1/3 диаметра. Конец проволоки необходимо держать в восстановительной зоне пламени, чтобы избежать окисления проволоки. Ядро не должно погружаться в ванночку во избежание науглероживания металла шва. Для сварки низкоуглеродистых сталей можно применять и окислительное пламя с небольшим избытком кислорода, в результате чего несколько увеличивается температура пламени. В этом случае для раскисления металла рекомендуется применять сварочную проволоку Св12ГС, Св08Г или Св08Г2С. При этом способе повышается производительность сварки на 10—15 %. Некоторый избыток кислорода допускается также и при сварке пропан-бутан-кислородным пламенем. В

этом случае повышается температура пламени и увеличивается глубина провара. Соотношение газов принимается следующим:

Для раскисления металла шва при сварке тройной смесью применяют проволоку Св12ГС, Св08ГС, Св08Г2С, а также проволоку Св10ГА или используют проволоку Св08, но с раскисляющим покрытием. Сварка городским газом (СН4) производится горелкой ГЗУ-2 с использованием проволоки Св12ГС. Производительность сварки такая же, как и при сварке пропан¬бутаном. Этот способ применяется для сварки неответственных конструкций.

Рис. 24 Сварка вертикальными швами: а – сверху вниз; б, в – снизу вверх

Необходимо отметить некоторые особенности формирования сварного шва при его вертикальном расположении (рис. 24). Вертикальные и наклонные швы сваривают сверху вниз только правым способом, а снизу вверх – и левым, и правым способами. Эти способы сварки применяются при толщине металла до 5 мм. Объем сварочной ванны мал и металл можно удерживать от отекания давлением газов пламени. Сварка тонкого металла (до 3 мм) по отбортовке кромок без присадочной проволоки производится зигзагообразными движениями мундштука вверх-вниз в вертикальной плоскости.

3. Применение передовых технологических процессов при выполнении данной производственной работы.

Плазменная и микроплазменная сварка плазменной называют сварку сжатой дугой. Столб дуги помещают в узкий канал, который ограничивает её расширение. Устройства для получения сжатой дуги называют плазмотронами. Простейший плазмотрон состоит из изолятора 1, неплавящегося электрода 2 и медного охлаждаемого водой сопла 3. в сопло тангенциально или аксиально подают плазмообразующий инертный, нейтральный или содержащий кислород газ,  который в столбе дуги нагревается до высокой температуры. Плазмотроны могут работать на постоянном или переменном токе.

              Различают плазмотроны прямого и косвенного действия. В плазмотронах косвенного действия дуга горит между электродом и соплом. Их применяют при обработке неэлектропроводных материалов и в качестве нагревателей газа. Для сварки и резки чаще всего применяют плазмотрон прямого действия. В них дуга горит меду электродом и обрабатываемым изделием. Расстояние между ними в плазмотроне больше, чем при сварке горелками для свободной дуги, поэтому сжатую дугу зажигают в две стадии. После подачи в плазмотрон газа зажигают вспомогательную дугу между электродом и соплом плазмотрона искровым разрядом от осциллятора или, замыкая промежуток электрод – сопло графитовым стержнем, хотя последнее повышает износ электрода и сопла. Дежурную дугу питают от отдельного маломощного источника через ограничивающее сопротивление, чтобы ограничить её ток и уменьшить износ сопла. Под действием газа дежурная дуга образует струю плазмы небольшой мощности. При её соприкосновении с деталью зажигается рабочая дуга. Если в цепь детали включить контактор, то рабочую дугу можно зажигать в нужный момент времени. После зажигания рабочей дуги дежурная при автоматической сварке может отключаться. Для ручной сварки лучше, если дежурная дуга горит постоянно.

              Напряжение сжатой дуги всегда выше, чем свободной при одинаковой длине. Это объясняется тем, что при сжатии дуги стенками сопла возрастает плотность тока в ней, что ведёт к увеличению напряженности электрического поля.

При плазменной сварке применяют сварочный ток силой 3…300А, напряжение дуги 25…35В, средняя скорость сварки составляет 30…40 м/ч. Расход аргона в 5…6 раз меньше, чем при сварке свободной дугой. Сжатой дугой сваривают детали толщиной 0,01…10мм, отношение глубины проплавления к ширине шва составляет 3:1 при толщине свариваемых кромок 3…10мм.

Схема дуговых плазмотронов прямого (а) и косвенного(б) действия

1 – изолятор; 2 – электрод; 3 – сопло; 4 – обрабатываемая деталь; 5 – сварочная дуга

Микроплазменная сварка

Сварка сжатой дугой на малых токах (0,1…10А) получила название микроплазменной сварки. При таких токах сваривают детали толщиной кромок 0,025…0,8мм. По сравнению со сваркой открытой дугой изменение длинны малоамперной сжатой дуги оказывает значительно меньшее влияние на качество сварного соединения. Сильно возрастает пространственная устойчивость дуги.

              При микроплазменной сварке как плазмообразующий газ используют аргон, а в качестве защитного – аргон, гелий, азот, смеси аргона с водородом или с гелием и другие газы в зависимости от свариваемого метала.

Катодная область малоамперной сжатой дуги постоянного тока находится в атмосфере плазмообразующего газа, а столб дуги и анодная область – в атмосфере защитного газа. Применение в защитной смеси молекулярных газов (азота, водорода) повышает напряжение дуги, увеличивает ее проплавляющую способность, так как в столбе дуги молекулы этих газов диссоциируют, поглощая энергию, что приводит к дополнительному сжатию дуги. Дуга приобретает форму конуса (иглы), сходящегося к изделию. Плотность тока на острее этой «иглы» достигает 5000А/см².

Микроплазменную сварку применяют для  соединения особо тонких материалов, для исправления микродефектов миниатюрных деталей, для резки металлов и неметаллов, для прецизионной наплавки. Малая площадь нагрева и незначительная ширина зоны термического влияния обеспечивают высокое качество соединений миниатюрных и высокоточных деталей, гофрированных трубок и мембран с арматурой, миниатюрных трубопроводов, полупроводниковых приборов, конденсаторов, термопар и т.п.

Контактная сварка.

Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов – пластическая деформация, в ходе которой формируется сварное соединение.

Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество  теплоты выделяется в месте сварочного контакта.

На поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов и загрязнения с малой электропроводимостью, которые также увеличивают электросопротивление контакта. В результате в точках контакта металл  нагревается до термопластического состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок образуются новые точки соприкосновения, пока не произойдет полное сближение до межатомных расстояний, т. е. сварка поверхностей.

Контактную сварку классифицируют по типу сварного соединения, определяющего вид сварочной машины, и по роду тока, питающего сварочный трансформатор. По типу сварного соединения различают сварку стыковую, точечную, шовную.

Стыковая сварка – разновидность контактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения. Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах стыковой машины. Зажим 1 установлен на подвижной плите, перемещающийся в направляющих, зажим 2  укреплен на неподвижной плите. Сварочный трансформатор соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети через  включающее устройство. Плиты перемещаются, и заготовки сжимаются под действием усилия, развиваемого механизмом осадки.

Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой называют – сваркой оплавлением.

Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением. В процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а оксиды и загрязнения удаляются, поэтому не требуются особой подготовки места соединения. Можно сваривать заготовки с сечением, разнородные металлы (быстрорежущую и углеродистую стали, медь и алюминий и т.д.).

Наиболее распространенными изделиями, изготовляемые стыковой сваркой, служат элементы трубчатых конструкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы, железобетонная арматура.

Точечная сварка – разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках. При точечной сварке заготовки собирают внахлестку и зажимают между электродами, подводящими ток к месту сварки. Соприкасающиеся с медным электродом поверхности свариваемых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжается до пластического состояния внешних слоев и до расплавления внутренних слоев. Затем выключают ток и снимают давление. В результате образуется литая сварная точка.

Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым заготовкам может быть двусторонней и односторонней.

Многоточечная контактная сварка – разновидность контактной сварки, когда за один цикл свариваются несколько точек. Многоточечную сварку выполняют по принципу односторонней точечной сварки. Многоточечные машины могут иметь от одной пары до 100 пар электродов, соответственно сваривать 2 –200 точек одновременно. Многоточечной сваркой сваривают одновременно и последовательно. В первом случае все электроды сразу прижимают к изделию, что обеспечивает меньшее коробление и большую точность сборки. Ток распределяется между прижатыми электродами специальным токораспределителем, включающим электроды попарно. Во втором случае пары электродов опускают поочередно или одновременно, а ток подключают поочередно к каждой паре электродов от сварочного трансформатора. Многоточечную сварку применяют в основном в массовом производстве, где требуется большое число сварных точек на заготовке.

Шовная сварка – разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми заготовками  образуется прочное и плотное соединение. Электроды выполняют в виде плоских роликов, между которыми пропускают свариваемые заготовки.

В процессе шовной сварки листовые заготовки соединяют внахлестку, зажимают между электродами и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной геометрически шов. Шовную точку, так же как и точечную, можно выполнить при двустороннем и одностороннем расположениях электродов.

Шовную сварку применяют в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Толщина свариваемых листов составляет 0,3 – 3 мм. Шовной сваркой выполняют те же типы сварных соединений, что и точечной, но используют для получения герметичного шва.

Лазерная сварка

При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности. Можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора – лазера.

Схема твердого лазера

1 – рубиновый стержень; 2 – генератор накачки; 3 – отражатель; 4 – непрозрачное зеркало;  5 – охлаждающая среда; 6 – источник питания; 7 – полупрозрачное зеркало; 9 – фокусирующая линза; 10 – обрабатываемые детали

Основные элементы лазера – это генератор накачки и активная среда. По активным средам различают твёрдые, газовые, полупроводниковые лазеры. В твердотельных лазерах в качестве активной среды чаше всего применяются стержни из розового рубина – окиси алюминия Al²O³ с примесью ионов хрома Cr³+ (до 0,05%). При возбуждении ионы хрома переходят в другое энергетическое состояние – возбуждаются, а затем отдают запасённую энергию в виде света. На торцах рубинового стержня нанесён слой отражающего вещества так, что с одного конца образовано не прозрачное, а с другого – полупрозрачное зеркало. Излучение ионов хрома, отражаясь от этих зеркал, циркулирует параллельно оптической оси стержня, возбуждая новые ионы, - идет лавинно образный процесс. Выходная мощность твердотельных лазеров  достигает 107 Вт при сечении луча менее   1 см². В фокусе достигается громадная концентрация энергии, позволяющая получить температуру до миллиона градусов.

Лазерную сварку можно производить со сквозным и с частичным проплавлением. Сварные швы одинаково хорошо формируются во всех пространственных положениях. При толщине свариваемых кромок менее     0,1 мм и при сварке больших толщин с глубоким проплавлением по – разному происходит формирование шва и различны подходы к выбору параметров режима сварки. При сварке как не прерывным, так и импульсным излучением, малых толщин используют более мягкие режимы, обеспечивающие лишь расплавление металла в стыке деталей без перегрева его до температуры интенсивного испарения.  Сварку сталей и других относительно мало активных металлов можно в этом случае выполнять без дополнительной защиты зоны нагрева, что существенно  упрощает технологию, тогда как сварку с глубоким проплавлением ведут с защитой шва газом, состав которого подбирают в зависимости от свариваемого материала.

Сварной шов при импульсном излучении образуется наложением сварных точек с их взаимным перекрытием на 30…90% в зависимости от типа сварного соединения и требовании к нему. Промышленные сварочные установки с твердотельными лазерами позволяю вести шовную сварку со скоростью до 5 мм/с при частоте импульсов до 20 Гц. Сварку можно вести с присадочным материалом в виде проволоки диаметром менее 1,5 мм, ленты или порошка. Использование присадки позволяет увеличивать сечение шва, устраняя один из наиболее распространенных дефектов – ослабление шва, а также легировать металл шва.

Электронно-лучевая сварка