20.2. Газовая сварка и резка металлов

Источником тепла служит пламя от сгорания газа. Различают 2 вида газовой сварки: сварку плавлением и газопрессовую сварку.

При сварке плавлением расплавляются кромки свариваемых материалов и присадочная проволока. Эти материалы образуют шов. При газопрессовой сварке кромки свариваемых металлов нагреваются и сдавливаются. Этот вид сварки применяется для соединения труб большого диаметра, рельсов, бурового оборудования. Для сварки применяют кислород (О₂), ацетилен (С₂Н₂), который получают из карбида кальция. Горелки бывают инжекторные (всасывающие) и безинжекторные – высокого давления.

При горении в ацетилене в газовом пламени выделяют 3 зоны: ядро, восстановительная зона и факел. Максимальная температура 3500^оС развивается в восстановительной зоне. Газовую сварку применяют в основном для листов до 2-3 мм толщиной.

Газовая резка основана на сгорании металла в струе кислорода и возможна для тех металлов, у которых температура воспламенения ниже температуры плавления, например, стали. Резка осуществляется, например, резаками, имеющими дополнительный канал для подведения режущей струи кислорода.

Для резки чугуна, цветных металлов применяют порошкообразные флюсы, состоящие в основном из железа, которые, сгорая в струе кислорода, повышают температуру в зоне реза настолько, что образующиеся тугоплавкие окислы расплавляются и выдуваются струей кислорода.

20.3. Холодная сварка

Обеспечивает соединение пластичных материалов давлением при комнатной температуре. Применяется для соединения деталей малых (до 1 мм) толщин. Обязательным условием является повышенная частота соединяемых поверхностей и высокий уровень деформации (от 35 до 80 %) соединяемых деталей.

20.4. Ультразвуковая сварка давлением

За счет воздействия ультразвука разрушаются оскислы и пленки на свариваемых поверхностях, поверхности хорошо очищаются. Благодаря этому можно обеспечить прочность соединения без больших деформаций. Не требуется специальная подготовка поверхностей. К преимуществам ультразвуковой сварки следует отнести благополучность процессов с экологической точки зрения. Этот вид сварки характеризуется также малым расходом энергии. Процессы сварки легко поддаются автоматизации. Однако данный вид сварки применим только для малогабаритных изделий с малой массой, т.к. деталям большой массы из-за их инерционности сложно придать колебания с ультразвуковой частотой. На рис. представлена схема ультразвуковой сварки. Деталь, соединенная с рабочим наконечником 3 колеблется относительно неподвижной детали, соединенной с опорой 5, при этом движущаяся деталь прижимается к неподвижной с силой F. Колебания возбуждаются магнитостриктором 1 и через волновод 2 передаются на рабочий наконечник 3. В зоне стыка деталей происходит притирание свариваемых поверхностей и взаимная диффузия атомов свариваемых деталей.

20.5. Электронно-лучевая сварка

Для нагрева и расплавления металла используется энергия, получаемая в результате бомбардировки в вакууме электронами зоны стыка свариваемых деталей. Наличие вакуума обязательно. Т.к. молекула воздуха имеет массу электрона, поэтому после соударения с ней электрон не сможет достичь свариваемых поверхностей. Электронно-лучевая сварка позволяет формировать неразъемные соединения материалов, соединение которых затруднено другими способами, в частности, высокопрочных сталей, стекла, керамики. Основным элементом электронно-лучевой установки является электронная пушка, которая генерирует узконаправленный пучок электронов с высокой кинетической энергией, схема представлена на рис. Этот вид сварки обеспечивает высокое качество швов при низких энергетических затратах, они составляют около 15% от сварки под флюсом. Электронно-лучевая сварка широко применяется в приборостроении, находит применение в космосе.