3 Воздушно-дуговой резка металла
При воздушно-дуговой резке металл расплавляется дутой, горящей между изделием и угольным электродом, а удаляется струей сжатого воздуха.
Воздушно-дуговую резку металлов выполняют постоянным током обратной полярности, так как при дуге прямой полярности металл нагревается сравнительно на широком участке, вследствие чего удаление расплавляемого металла затруднено. Возможно применение и переменного тока. Для воздушно-дуговой резки применяют специальные резаки, которые делятся на резаки с последовательным расположением воздушной струи и резаки с кольцевым расположением воздушной струи.
В резаках с последовательным расположением воздушной струи относительно электрода сжатый воздух обтекает электрод только с одной стороны.
Для воздушно-дуговой резки применяют угольные или графитовые электроды. Графитовые электроды более стойки, чем угольные. По форме электроды бывают круглыми и пластинчатыми.
Источниками питания для воздушно-дуговой резки служат стандартные сварочные преобразователи постоянного тока или сварочные трансформаторы.
Питание резака сжатым воздухом осуществляют от цеховой сети, имеющей давление 4—6 кгс/см2, а также от передвижных компрессоров. Применение сжатого воздуха при воздушно-дуговой резке давлением выше 6 ат нецелесообразно, так как сильная воздушная струя резко снижает устойчивость горения дуги.
Воздушно-дуговую резку разделяют на поверхностную строжку и разделительную резку.
Поверхностную строжку применяют для разделки дефектных мест в металле и сварных швах, а также для подрубки корня шва и снятия фасок. Фаску можно снимать одновременно на обеих кромках листа. Ширина канавки, образующаяся при поверхностной строжке, на 2—3 мм превышает диаметр электрода.
Воздушно-дуговую разделительную резку и строжку применяют при обработке нержавеющей стали и цветных металлов. Она имеет ряд преимуществ перед другими способами огневой обработки металлов, так как более проста, а также более дешевая и более производительная.
Газовую резку
Под газопламенной резкой (чаще ее называют кислородной) понимают способ разделения металла по прямому или криволинейному контуру. Метод основан на использовании для нагрева смесь горючих газов с кислородом и экзотермической (с выделением тепла) реакции окисления металла. Суть кислородной резки заключается в сгорании железа в струе чистого кислорода, нагретом до температуры, близкой к плавлению. Для удаления оксидов железа из зоны реза используется кинетическая энергия режущего кислорода. Сам процесс резки включает в себя стадию подогрева металла ацетиленовым (или другим заменителем) пламенем и непосредственную резку струей режущего кислорода.
Металл 3 нагревается в начальной точке реза до температуры воспламенения (в кислороде для стали до 1000 - 1200°С) подогревающим ацетилено-кислородным пламенем 2, после «его направляется струя режущего кислорода 1 и металл начинает гореть с выделением значительного количества тепла Реакции, протекающие в зоне реза
По характеру и направленности кислородной струи различают три основных вида резки: разделительная, при которой образуются сквозные резы, поверхностная, при которой снимают поверхностный слой металла, кислородное копье, заключающееся в прожигании в металле глубоких отверстий
Выделяемое тепло Q вместе с пламенем резака разогревают нижние слои металла на всю его толщину. Роль подогревающего пламени в процессе резки меняется в зависимости от толщины разрезаемого металла. Так, при толщине металла до 5 мм подогревающее пламя занимает до 80% в общем количестве тепла, участвующего в процессе резки.
С увеличением толщины металла роль подогревающего пламени в балансе температур падает, и при толщине 50 мм и более доля подогревающего пламени падает до 10%. В результате взаимодействия расплавленного металла с кислородом образуются оксиды железа 5, которые вместе с расплавленным металлом удаляются из зоны реза кинетической энергией струи кислорода 1.
Для обеспечения стабильности процесса и нормальной резки металла необходимо, чтобы в зоне реза выполнялись следующие условия:
мощность источника тепла должна быть достаточной для нагрева металла до температуры, при которой происходит реакция сгорания металла;
количество тепла, выделяемое при сгорании металла в струе кислорода, должно обеспечивать непрерывность процесса;
реакция окисления металла должна происходить при температуре меньшей, чем требуется для плавления;
температура плавления металла должна быть выше температуры образовавшихся оксидов. В противном случае пленка тугоплавких оксидов изолирует металл от кислорода;
текучесть образовавшихся оксидов должна быть такой, чтобы они легко выдувались струей режущего кислорода;
теплопроводность металла не должна быть высокой, иначе процесс резки может прерваться из-за интенсивного теплообмена.
Далеко не все металлы обладают свойствами, удовлетворяющими все эти условия, поэтому кислородная резка для некоторых из них становится невозможной.
К примеру, большая теплопроводность меди не обеспечивает условий для нагрева до температуры реакции сгорания металла, что затрудняет начальный этап резки. Поэтому мощности газовых резаков недостаточно для разрезания меди, которую режут дуговой сваркой. Стали с большим содержанием хрома, магния и никеля, а также алюминий образуют тугоплавкую пленку оксидов, которая препятствует контакту металла с кислородом, что затрудняет кислородную резку.
Чугун, содержащий более 1,7% углерода, кислородной резкой не обрабатывается. Это. объясняется тем, что температура плавления чугуна ниже температуры плавления образующихся оксидов, поэтому металл удаляется из зоны реза без характерного окисления. Кроме того, образующиеся при нагреве оксиды имеют низкую текучесть и с трудом удаляются струей кислорода.
Лучше всего подходит для кислородной резки углеродистая сталь, которая удовлетворяет всем условиям, необходимым для поддержания непрерывности процесса
ПАЙКА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
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.
Пайка, как и сварка, предназначена для неразъемных соединений заготовок. Особенность пайки состоит в применении припоя, имеющего температуру плавления ниже температуры плавления материала припаиваемых частей. При пайке основной металл . твердый, а припой расплавлен. Части заготовки соединяются вследствие смачивания, взаимного растворения и диффузии припоя и основного материала в зоне шва. Для диффузии необходимо, чтобы припаиваемые поверхности были очищены, особенно от пленок оксидов, и защищены от окисления. Для защиты от окисления при пайке служат флюсы.
Паять можно углеродистую и легированную стали всех марок, | твердые сплавы, ковкие и серые чугуны, а также цветные металлы и их сплавы. Можно также паять разнородные материалы (например, ^ сталь с твердыми сплавами, керамику, пластмассы).
Пайку широко применяют в радиоэлектронной, автомобильной, авиационной промышленности и других отраслях машино- и приборостроения; ее применение расширяется с разработкой новых припоев и флюсов и развитием технологии пайки.
Пайку при температурах до 400 °С относят к низкотемпературной, при температурах выше 400 °С — к высокотемпературной. Припои для низкотемпературной пайки содержат олово, свинец, сурьму и цинк, припои для высокотемпературной пайки составляются на основе меди или серебра. В табл. 22 приведены примеры припоев различных видов и область их применения.
Для низкотемпературной пайки медных проводников, покрытых золотом или серебром, применяют канифольные и стеарино-парафи-новые (бескислотные) флюсы; для пайки стали, меди, никеля используют пасты на основе вазелина, содержащие 10—15 % хлористого цинка (2пС12) или хлористого аммония (МН4С1) — активированные ^ флюсы; для легированных, коррозионно-стойких, жаропрочных ста лей и сплавов, а также тугоплавких металлов применяют 25-30 %-ные растворы 2пС12 в воде (кислотные флюсы), хорошо растворяющие оксидные пленки.
Для высокотемпературной пайки стали, чугуна, тугоплавких металлов, меди, никеля и их сплавов требуются флюсы, содержащие химически активные вещества для удаления оксидов и защиты зоны шва при температурах пайки. Здесь применяют флюсы, содержащие буру (На2В2О7), борную кислоту (Н3ВО3), фтористый кальций (СаР), I фтористый калий (КР) и другие соли.
Помимо герметичности, при высокотемпературной пайке дости-| гаются также большая прочность (ав < 600 МПа), коррозионная,: стойкость и жаропрочность. Особенно высокое качество паяных, соединений достигается при нагреве заготовок в вакууме, нейтральных средах.
Нагрев припаиваемых частей и расплавление припоя при низко- ] температурной пайке производят медными паяльниками, газовыми ' горелками, в печах, горячим газом. Пайку производят также погру- жением заготовок в расплавленный припой; этот способ является песьма производительным и экономичным в массовом производстве. Для высокотемпературной пайки применяют индукционный нагрев, электрические печи сопротивления, пламенные нефтяные и газовые печи. В последние годы все шире применяют пайку лазером п электронным лучом.