Файл: Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка.pdf

Юрий Федорович Подольский
Сварочные работы. Электродуговая. Газовая.
Холодная. Термитная. Контактная сварка
Текст предоставлен правообладателем
http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=11187180
Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка / сост.
Ю. Ф. Подольский.: Клуб Семейного Досуга; Белгород; 2013
ISBN 978-5-9910-2697-0,978-966-14-6454-3
Аннотация
Книга познакомит вас с основными видами сварочных работ и техникой их выполнения. В ней рассмотрены особенности сварки различных материалов, необходимые инструменты и принадлежности, а также правила техники безопасности при сварочных работах. Кроме того, мастера-любители смогут самостоятельно изготовить современный сварочный аппарат по приведенным в книге расчетам.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
3
Содержание
Введение
6
Основы теории сварочных процессов
8
Классификация видов сварки
9
Электродуговая сварка
10
Газопламенная сварка
11
Физико-химическая сущность сварки металлов
12
Сварка давлением
12
Сварка плавлением
13
Химический состав сварочного шва
15
Роль защитных газов, флюсов и шлаков
16
Свариваемость металлов
17
Деформации при сварке
18
Особенности физических процессов при дуговой сварке
20
Особенности физических процессов при газовой сварке
28
Технология сварочных работ
31
Подготовительные слесарные операции
32
Рубка металла
32
Разрезание
34
Опиливание
36
Правка листового металла
37
Гибка
38
Сварные соединения и швы
44
Ручная электродуговая сварка
50
Оборудование и одежда для ручной электросварки
51
Технология ручной дуговой сварки
59
Выбор режимов сварки
59
Техника выполнения сварных швов
60
Сварка металла малой толщины
65
Техника сварки в нижнем положении
66
Техника сварки на горизонтальной и потолочной плоскостях
70
Особенности сварки различных материалов
72
Дуговая резка металлов
78
Технология газовой сварки
81
Материалы, применяемые при газовой сварке
81
Оборудование для газовой сварки
85
Техника выполнения сварных швов
95
Способы и техника сварки
96
Сварка в различных пространственных положениях
99
Особенности газосварки различных металлов
101
Кислородная резка металла
106
Конструирование любительских сварочных аппаратов
111
Проектирование сварочных аппаратов
112
Исходные данные
112
Конструктивные особенности сварочных трансформаторов
113

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
4
Стандартная методика расчета сварочного трансформатора
115
Упрощенный расчет обмоток
119
Расчет нестандартного трансформатора
119
Выбор сечения магнитопровода
121
Подбор витков опытным путем
122
Расположение обмоток
123
Выбор обмоточного провода и изоляционных материалов
125
Проверка качества обмоток
129
Особенности конструкций на различных магнитопроводах
132
П-образный сварочный трансформатор
132
Сварочные трансформаторы на магнитопроводе от
ЛАТРов
137
Сварочный трансформатор из статора электродвигателя
146
Сварочный трансформатор из… телевизора
149
Другие типы сварочных трансформаторов
151
Регулирование переменного сварочного тока
155
Простой электронный регулятор сварочного тока
157
Сварочный трансформатор с электронной регулировкой тока
158
Сварочные источники постоянного тока
162
Простые выпрямительные устройства
162
Выпрямитель с вольтдобавкой
167
Регулирование постоянного сварочного тока
169
Контактно-точечная сварка
173
Особенности конструирования любительских ЭСА
173
Настольный аппарат точечной сварки
175
Точечная сварка для домашней мастерской
178
Конструкции самодельных электрододержателей
181
Простой электрододержатель
182
Резьбовой электрододержатель
182
Электрододержатель с рычажным фиксатором
182
Электрододержатель сo штоковым фиксатором
184
Самодельные газовые горелки
186
Горелка с вентилем ВК-74 186
Горелка, переделанная из ацетиленового газореза
187
Горелка с вентилем от газового баллона
188
Практикум сварщика-любителя
190
Изготовление металлических ворот, решеток, заборов
191
Оконная решетка
191
Забор из металлической сетки
193
Металлические сварные заборы
196
Ажурная решетка
197
Плетение из металла
197
Металл и камень
199
Металлические ворота
200
Ворота из профнастила
201
Ворота из сетки-рабицы
203
Сварные конструкции для сада и огорода
205

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
5
Инструменты для бурения грунта
205
Мотыги
206
Вилы для копания картофеля
207
Садовая тачка
209
Платформенная тачка
211
Универсальные санки
212
Парничок
214
Зеленая ротонда
215
Конструкции металлических печей
218
Простая каменка из бочки
218
Простая печь-каменка
219
Мангал
220
Садовая «буржуйка»
222
Металлические лестницы
224
Основные принципы конструирования лестниц
224
Конструкции металлических лестниц
227
Ограждение лестниц и балконов
237
Металл в интерьере
241
Сварные этажерки для цветов
241
Сварной стол с расписной столешницей
242
Сварка в помощь автолюбителю
245
Прицеп для «Нивы»
245
Прицеп для мопеда
248
Металлический гараж
251
Газовая сварка в ремонте автомобиля
254
Основные методы сварки металлоконструкций
258
Балки
258
Фермы
259
Листовые конструкции
260
Сварка трубопроводов
260
Вместо заключения
261
Техника безопасности при сварочных работах
261
Техника безопасности при газопламенной обработке
262
Техника безопасности при дуговой сварке
263
Пожарная безопасность
264
Приложения
265
Литература и другие источники
282

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
6
Сварочные работы.
Электродуговая. Газовая. Холодная.
Термитная. Контактная сварка
Составитель Юрий Подольский
Введение
Сварка является одним из ведущих технологических процессов изготовления, упроч- нения и ремонта строительных конструкций, трубопроводов, машин и механизмов, транс- портных средств и прочих промышленных и бытовых изделий. Использование технологиче- ских приемов сварки очень эффективно и при резке металлов. Исторически сварка известна

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
7
человечеству со времен использования меди, серебра, золота и особенно железа, при полу- чении которого выполняли проковку, т. е. сваривание криц (кусочков технически чистого железа). Это и есть первый (и до недавнего времени основной) способ сварки – кузнечная сварка металла.
Газовая сварка появилась в конце XIX века после разработки промышленного способа производства карбида кальция путем спекания кокса с негашеной известью (1893–1895).
Из карбида легко получается горючий газ – ацетилен, который и применяется при газовой сварке. Первые газовые горелки появились в 1900 г., а с 1906 г. ацетиленокислородная сварка получила промышленное применение. До 1950 г. газосварка называлась автогенной – по названию процесса автоматической генерации, т. е. получения ацетилена из карбида каль- ция при взаимодействии с водой в газогенераторе. До настоящего времени она применяется весьма широко как в производстве, так и при ремонте металлоизделий, а в ряде случаев является и единственно возможным способом сварки.
Наиболее же распространена в производстве и в быту электродуговая сварка – отече- ственное, кстати, изобретение. Впервые электрический дуговой разряд был выявлен профес- сором физики Петербургской медико-хирургической академии Василием Владимировичем
Петровым в 1802 г. Через 80 лет (в 1882 г.) российский инженер Николай Николаевич Бенар- дос, работая со свинцовыми аккумуляторными батареями, открыл способ сварки неплавя- щим угольным электродом. Он же освоил технологию сварки свинцовых пластин, разра- ботал способы сварки металла в среде защитного газа и электродуговой резки металла.
Бенардос назвал свое изобретение «Электрогефест». В греческой мифологии бог Гефест –
покровитель кузнецов, и этим названием ученый объединил наследие античных мастеров кузнечной сварки с новейшими технологическими достижениями и открытиями.
В 1888 г. другой российский инженер Николай Гаврилович Славянов разработал спо- соб сварки плавящим электродом. Дальнейшую работу по разработке сварочных методик
Славянов и Бенардос выполняли вместе. С 1890 по 1892 г. по их технологии в Российской империи было отремонтировано с высоким качеством 1631 изделие общим весом свыше
17 тыс. пудов, в основном чугунные и бронзовые детали. Они даже разработали проект ремонта Царь-колокола, но «благодаря» высочайшему запрету это чудо литейного искусства так ни разу и не зазвонило. Известный мостостроитель академик Евгений Оскарович Патон,
предвидя огромную роль электросварки в мостостроении и в других отраслях хозяйства, в
1929 г. резко сменил поле своей научной деятельности и организовал в Киеве сначала лабо- раторию, а позднее первый в мире институт электросварки. Им было разработано и предло- жено много новых и эффективных технологических процессов электросварки. В годы войны под его руководством были разработаны технология и автоматические стенды для сварки под слоем флюса башен и корпусов танков, самоходных орудий, авиабомб.
В настоящее время широкое развитие получили такие способы сварки, как плазменная и электронно-лучевая, контактная и электрошлаковая, сварка под водой и в космосе, порош- ковыми материалами и др. Многие из них были разработаны именно в Институте электро- сварки имени Е. О. Патона.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
8
Основы теории сварочных процессов
Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством уста- новления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пла- стическом деформировании. Именно так определяет сварку ГОСТ 2601-84. Это определе- ние относится к металлам, неметаллическим материалам (пластмассы, стекло и т. д.) и к их сочетаниям.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
9
Классификация видов сварки
Сварка металлов, согласно ГОСТ 19521-74, классифицируется по основным физиче- ским, техническим и технологическим признакам.
Физические признаки, в зависимости от формы энергии, используемой для образова- ния сварного соединения, подразделяются на три класса: термический (плавление с исполь- зованием тепловой энергии), термомеханический (использование тепловой энергии и давле- ния) и механический (сварка при помощи механической энергии и давления). К техническим признакам относятся: способ защиты металла в сварочной зоне, непрерывность сварки и степень механизации процесса. Технологические признаки установлены для каждого спо- соба сварки отдельно.
К механическому классу относят сварку взрывом, при которой атомы свариваемых изделий сближаются за счет энергии, выделяемой при взрыве; холодную сварку пластиче- ской деформацией свариваемых металлов в зоне стыка под воздействием механического усилия и ультразвуковую сварку – соединение металлов энергией ультразвуковых колеба- ний.
Термомеханический класс содержит больше видов. Диффузионная сварка осу- ществляется за счет взаимного проникновения атомов свариваемых изделий (диффузии) при повышенной температуре в вакуумной установке.
Сварка высокочастотными токами осуществляется благодаря пластическому деформи- рованию свариваемых изделий, предварительно нагретых высокочастотным током, прохо- дящим между ними. При сварке трением сближают торцы вращающихся вокруг своих осей заготовок; от трения друг о друга торцы деталей сильно разогреваются, а при остановке вра- щения под большим давлением образуется качественное неразъемное соединение.
К термомеханическому классу относятся и разновидности контактной сварки.
Стыковую контактную сварку непрерывным оплавлением применяют для соеди- нения заготовок сечением до 0,1 м. Типичными изделиями являются элементы трубча- тых конструкций, колеса, рельсы, железобетонная арматура, листы, трубы. Плавление током металла ведется в постоянном или периодическом режиме, одновременно со сближе- нием заготовок, которые в процессе оплавления укорачиваются на заданный припуск. При
рельефной контактной сварке на заготовках предварительно создают рельефы – локаль- ные возвышения на поверхности размером несколько миллиметров в диаметре. При кон- тактной сварке таких деталей рельефы расплавляются проходящим через них сварочным током, выдавливаются оксиды и загрязнения.
Ввиду сложной технологии и необходимости использования дорогого оборудования вышеописанные виды сварки получили исключительно промышленное применение. Из видов этого класса в кустарном производстве применяются кузнечная и точечная контакт- ная сварки. При точечной сварке детали зажимают в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. После этого между электродами начинает протекать боль- шой ток, который разогревает металл деталей в месте их контакта до температур плавления.
Затем ток отключается и осуществляется «проковка» за счет увеличения силы сжатия элек- тродов. Металл кристаллизуется при сжатых электродах, образуя сварное соединение
1
. Куз- нечная сварка осуществляется за счет возникновения в раскаленном металле межатомных связей при пластическом деформировании ковочным молотом. В настоящее время в про-
1
Оборудование и технология контактной сварки будут рассмотрены в разделе «Конструирование любительских сва- рочных аппаратов».

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
10
мышленности практически не используется, но применяется в мелкосерийном и кустарном производстве
2
Термический класс, как и термомеханический, тоже богат сложными промышлен- ными видами. Так, при электрошлаковой сварке источником теплоты служит специальный флюс, разогревающийся проходящим через него электрическим током и при этом расплав- ляющий кромки свариваемых деталей и присадочную проволоку. Экзотермическая (тер-
митная) сварка для нагрева металла использует расплавленный термит – порошкообраз- ную смесь металлического алюминия или магния и железной окалины. Для плазменной сварки источником теплоты является плазменная струя, получаемая при ионизации рабо- чего газа в промежутке между электродами, одним из которых может быть само свариваемое изделие. Электронно-лучевая сварка ведется в вакуумных камерах электронным лучом,
получаемым за счет термоэлектронной эмиссии с катода электронной пушки. При лазерной сварке источником теплоты служит мощный лазерный луч.
В то же время именно к этому классу относятся газосварка и дуговая электросварка,
чаще всего применяемые в быту и мелкосерийном производстве. Они и будут рассмотрены в данной книге наиболее подробно.
Электродуговая сварка
С применением электродуговой сварки в настоящее время осуществляется примерно
65 % сварочных работ. Источником теплоты служит сварочная дуга – мощный электриче- ский разряд в ионизированной среде, возникающий между торцом электрода и свариваемым изделием. Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12 000 К и зависит только от состава газовой среды дуги. Это тепло нагревает торец электрода и оплавляет сва- риваемые поверхности. В процессе остывания и кристаллизации расплава образуется свар- ное соединение.
Электродуговая сварка имеет собственные подвиды.
Сварка неплавящимся электродом
3
. В качестве электрода используется стержень из графита или вольфрама, температура плавления которых выше температуры сварочной дуги.
Сварка чаще всего происходит в среде защитного газа (аргон, гелий, азот и их смеси) для защиты шва и электрода от влияния атмосферы и устойчивого горения дуги. Сварку можно проводить как с присадочным материалом, так и без него.
Полуавтоматическая сварка проволокой в защитных газах
4
. Электродом здесь слу- жит металлическая проволока, к которой через токопроводящий наконечник подводится ток,
а электрическая дуга расплавляет проволоку. Для обеспечения постоянной длины дуги про- волока подается автоматически. Вместе с электродной проволокой из сварочной горелки подаются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси). Полуавтоматическую сварку можно вести и без газа, применяя самозащитную порошковую проволоку.
Ручная дуговая сварка
5
. Для сварки используют проволочный электрод с нанесен- ным на его поверхность покрытием (обмазкой). При плавлении обмазки образуется защит-
2
Кузнечные работы – отдельная обширная тема, которая в объеме данной книги не рассматривается.
3
В англоязычной литературе этот вид сварки известен как gas tungsten arc welding (GTA welding, GTAW) или tungsten inert gas welding (TIG welding, TIGW), в немецкоязычной литературе – wolfram-inertgasschweißen (WIG).
4
В англоязычной иностранной литературе именуется gas metal arc welding (GMA welding, GMAW), в немецкоязычной литературе – metallschutzgasschweißen (MSG). Разделяют сварку в атмосфере инертного газа (metal inert gas, MIG) и в атмосфере активного газа (metal active gas, MAG).
5
В англоязычной литературе именуется shielded metal arc welding (SMA welding, SMAW) или manual metal arc welding
(MMA welding, MMAW). Чаще всего употребляется аббревиатура MMA. В старой отечественной литературе было принято сокращение РДС.