42. Газовая резка, сущность

Что такое газовая резка металла? Этот метод является традиционной технологией обработки металлов, которая прекрасно зарекомендовала себя в различных отраслях промышленности. При данном методе резки металл обрабатывается смесью горючих газов и кислорода.

Этот способ, основан на свойстве металлов, которые нагреваются до температуры воспламенения и горят в технически чистом кислороде. На нагретый металл до 1200-1300°С направляется струя кислорода, которая прожигает и разрезает материал, а образуемые окислы железа вытекают из полости реза.

Эта технология используется для резки изделий из низко- и среднелегированных сталей имеющих толщину от 1 мм до 200 мм. Существует также оборудование для газовой резки металлов, благодаря которому появилось возможность обработки изделий имеющих толщину до двух метров.

Газовая резка производиться резаком, который представляет собой специальную сварочную горелку с устройством для подвода кислорода. В зависимости от того, какой газ используется для нагрева металла, различают между собой водородно-кислородную, ацетиленокислородную и бензинокислородную газовую резку. Выбор состава для работы напрямую зависит от характеристик обрабатываемого материала.

К примеру, разновидностью этой технологии является флюсокислородная резка, благодаря которой появилась возможность разделить трудно поддающиеся этому процессу металлы, такие как, например чугуны, высокохромистые и хромоникелевые стали, а также алюминиевые сплавы. Для облегчения процесса и удешевления работ вместе с кислородом вдуваются и порошкообразные флюсы.

Современная технология резки металла при помощи газа дает возможность выполнять фигурный раскрой стали, который имеет толщину до 200 мм. Обратите внимание, что особенно перспективно использовать этот способ в тех случаях, когда необходим раскрой листового металла, имеющего толщину свыше 100 мм. Но также газовая сварка и резка металла может быть выгодна и при меньшей толщине листа, если требуются соблюдение следующих условий: во-первых, если кромка реза будет вертикальной, во-вторых, ширина необходимого реза не более 2-2,5 мм, в-третьих, не требуется закаливание кромок материала.

Какие преимущества имеет резка металлов газовым резаком по сравнению с другими видами резки? При помощи этой технологии возможна обработка металла имеющего толщину до 200 мм, к обслуживанию технического процесса предъявляются минимальные требования, для осуществления газовой резки не требуются внушительные финансовые затраты, отсутствие необходимости последующей обработки кромки. Согласитесь это не маловажные показатели?

Разумеется, помимо резки металлов газовой горелкой существуют и другие виды резки металла, к примеру, плазменная, гильотинная и лазерная. Но только способ с использованием газа дает возможность справиться с достаточно прочными и толстыми материалами, образуя при этом безупречно ровные и не закаленные на срезе кромки.

43. Сущность процесса пайки. Виды пайки

Определение и сущность процесса паяния. Паянием называется процесс соединения твердых металлических тел при помощи промежуточного металла или сплава в расплавленном состоянии с последующей его кристаллизацией.

В производственной практике как процесс паяния, так и результат этого процесса называют кратко словам «пайка»; чтобы избежать этой двойственности понятий, более правильно было бы процесс соединения называть «паянием», а результат паяния, т. е. сам паяный шов, именовать «пайкой». Однако ввиду того, что термин «пайка» имеет весьма широкое распространение, в изложении практической части данной книги этот термин будет применен как равнозначный термину «паяние».

Сплав, применяющийся для соединения металлических деталей при паянии называется припоем. Как видно из самого определения, припой должен обладать более низкой температурой плавления по сравнению с паяемым металлом.

По первому впечатлению процесс паяния весьма прост, однако получение надежного прочного шва представляет собой сложную задачу. Наблюдающийся при паянии комплекс физико-химических процессов сложен и многообразен.

В первом приближении процесс образования паяного шва можно разделить на следующие стадии:

1) прогрев металла паяемого шва до температуры, близкой к температуре плавления припоя;

2) расплавление припоя;

3) растекание жидкого припоя по поверхности твердого металла и заполнение паяемого шва;

4) растворение основного металла у шва в жидком припое и взаимная диффузия металлов;

5) охлаждение и кристаллизация припоя в паяном шве.

Практически перечисленные стадии паяния перекрывают друг друга и сопровождаются, кроме того, рядом других вспомогательных процессов. Для того чтобы паяемый шов был заполнен припоем, необходимо прежде всего расплавить его. Но этого мало, если мы каким-либо образом нанесем расплавленный припой на поверхность холодного шва, то этот припой быстро закристаллизуется и никакой связи его с металлом основы при этом не произойдет. Поэтому при пайке шов должен быть обязательно прогрет до температуры начала плавления припоя (температуры солидуса).

Прогреву можно подвергать не весь подлежащий пайке узел, а лишь поверхность шва; однако ввиду того, что металлы, как правило, обладают высокой теплопроводностью, осуществить такой местный нагрев обычно довольно трудно, а иногда, например для массивных деталей из высокотеплопроводной меди, вообще невозможно. Одновременно с прогревом паяного шва обычно происходит и расплавление припоя.

После прогрева шва и расплавления припоя, последний, должен растечься по поверхности паяемого металла, а это возможно лишь в том случае, если расплавленный припой хорошо смачивает поверхность твердого металла.

Пайка — процесс соединения металлов, находящихся в твердом состоянии, путем введения между ними расплавленного припоя, более легкоплавкого, чем соединяемые металлы.

При пайке происходит в месте спайки взаимное растворение и диффузия припоя и нагретого основного металла. Это явление возможно лишь при смачивании припоем основного металла, что происходит только при правильном подборе припоев для пайки определенных металлов. Кроме того, для осуществления взаимной диффузии припоя и основного металла места спайки должны быть хорошо очищены механическими и химическими способами.

Для связи образующихся при пайке окислов, т. е. для химической очистки и для способствования смачиванию припоем спаиваемых поверхностей, применяют флюсы. Состав флюсов зависит от видов припоя и металлов, подвергаемых пайке.

Различают пайку мягким припоем и пайку твердым (крепким) припоем. В первом случае соединение, полученное путем пайки, не выдерживает значительных нагрузок и предназначено в основном для обеспечения плотной (обычно герметичной) связи двух поверхностей.

Путем пайки твердым припоем можно получить прочное соединение, выдерживающее значительные нагрузки, В обоих случаях паяные швы по характеру могут быть подобны сварным, т. е. могут осуществляться встык, внахлестку и т. д.

Техника соединения медных труб легка и надежна. Наиболее распространенной техникой соединения является капиллярная низкотемпературная и высокотемпературная пайка. Не капиллярная пайка при соединении труб не используется.

Капиллярный эффект.

Процесс взаимодействия молекул или атомов жидкости и твердого тела на границе раздела двух сред приводит к эффекту смачивания поверхности. Смачивание – это явление, при котором силы притяжения между молекулами расплавленного припоя и молекулами основных металлов выше, чем внутренние силы притяжения между молекулами припоя ( жидкость «прилипает» к поверхности).

В тонких сосудах (капилляры) или щелях совместное действие сил поверхностного натяжения и эффекта смачивания выражено сильнее и жидкость может подниматься вверх, преодолевая силу тяжести. Чем тоньше капилляр, тем сильнее выражен данный эффект.

Для получения эффекта капиллярности в медных трубопроводах, соединяемых пайкой, используют «телескопические» соединения. При вставлении трубы в фитинг, между внешним диаметром трубы и внутренним диаметром фитинга остается зазор не превышающий 0,4 мм. Что достаточно для возникновения капиллярного эффекта при пайке.

Данный эффект позволяет припою равномерно распространяться по всей поверхности монтажного зазора соединения независимо от положения трубы (можно, например, подавать припой снизу). При величине зазора не более 0,4мм, капиллярный эффект создает пропай шириной от 50% до 100% диаметра трубы, что достаточно для создания сверхпрочного соединения.

Использование капиллярного эффекта дает возможность очень быстро (фактически мгновенно ) заполнить монтажный зазор припоем. При хорошо подготовленных поверхностях к пайке, это гарантирует 100% пропай соединения и не зависит от ответственности и тщательности монтажника.

Низкотемпературная пайка

В зависимости от применяемого припоя температура нагрева будет различна. К низкотемпературным ( до 450°С) припоям относятся сравнительно легкоплавкие и обладающие низкой прочностью металлы ( олово, свинец и сплавы на их основе ). Поэтому дать паяный шов большой прочности они не могут.

Но при капиллярной пайке ширина спаивания (от 7мм до 50мм, в зависимости от диаметра трубы) достаточная, чтобы для сантехнических трубопроводов обеспечить избыточную прочность. Для улучшения качества пайки и повышения коэффициента адгезии используются специальные флюсы, а поверхности под пайку предварительно зачищаются.

Все медные трубы диаметром от 6мм до 108мм можно соединять капиллярной низкотемпературной пайкой. Температура теплоносителя при этом должна быть не выше 130°С. Для пайки, очень важно, чтобы припой имел самую низкую точку плавления и соответствовал требованиям, которые к нему предъявляются. Это обусловлено тем, что при высоких температурах медь теряет твердость ( отжиг). Именно по этой причине, предпочтение отдается низкотемпературной, а не высокотемпературной пайке.

Высокотемпературная пайка

Высокотемпературная пайка применяется для труб диаметром от 6мм до 159мм или имеющим большую длину, а также в случаях, когда температура теплоносителя составляет более 130°C. В водоснабжении высокотемпературная пайка применяется для труб диаметром больше 28 мм. Однако, во всех случаях, следует избегать чрезмерного нагревания. Высокотемпературная пайка на малых диаметрах требует высокой квалификации и опыта, так как очень легко пережечь или обрезать трубу.

Для высокотемпературной пайки применяются припои на основе меди и серебра и ряда других металлов. Они дают большую прочность паяному шву и высокую допустимую температуру для теплоносителя. При использовании припоя на основе меди и фосфора или меди с фосфором и серебром, при спаивании медных деталей флюс не применяется.

При спаивании между собой элементов из разных сплавов меди: медь с бронзой или медь с латунью или бронза с латунью – всегда необходимо применение флюса. Также обязательно применение флюса при использовании припоя с большим количеством серебра (более 5%). Высокотемпературную пайку с помощью горелки должен выполнять квалифицированный и опытный специалист.

Это способ соединения медных труб дает самый прочный шов по механическим и температурным параметрам. Позволяет делать отводы на уже установленной системе, без ее демонтажа. Основной метод соединения в солярных системах и распределительных газопроводах.

При соединении труб высокотемпературной пайкой, всю систему можно замоноличивать методами допустимыми в медной сантехнике. Особенность данного соединения – при высокотемпературной пайке металл размягчается. Чтобы потеря прочностных свойств была минимальной, охлаждение соединения при пайке должно быть естественным – воздушным.

По мере старения металла, как утверждают практики, медь переходит в более твердое состояние и прочность отожженного металла повышается. При охлаждении соединения водой при высокотемпературной пайке, происходит интенсивный отжиг металла и переход его в мягкое состояние. Поэтому такой метод охлаждения при высокотемпературной пайке не применяется.

Флюс

Флюсы – это активные химические вещества, применяемые для улучшения растекания жидкого припоя по паяемой поверхности, для очистки поверхности основного металла от окислов и иных загрязнений (соляная кислота, хлористый цинк, борная кислота , бура) и для образования защитного покрытия и недопущения окисления при пайке (канифоль, воск, смола). Естественно при этом учитываются виды соединяемых металлов и припоев.

Для качественного соединения металлов при пайке припой должен растечься под действием капиллярных сил и «смочить» основной металл. Прочным шов получается при защите пайки от кислорода воздуха. Хорошее смачивание происходит только на совершенно чистой, не окисленной поверхности. Поэтому для получения качественной пайки обычно выбирают многокомпонентные флюсы с многосторонним действием.

В зависимости от температурного интервала активности различают низкотемпературные (до 450°С) флюсы (растворы канифоли в спирте или растворителях, гидразин, древесные смолы, вазелин и др.) и высокотемпературные (более 450°С) флюсы (бура и её смесь с борной кислотой, смеси хлористых и фтористых солей натрия, калия, лития).

При пайке, с учетом предварительной механической очистки, можно использовать минимальное количество флюса, который активно взаимодействует с металлом. После пайки тщательно счищают его остатки . После монтажа трубопровода проводят технологическую промывку, для окончательного удаления остатков. Если после пайки остатки флюса не удалять, то это со временем может вызвать коррозию в соединении.