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

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
28
замыкания, что приводит к сжатию и перегоранию мостика между каплей и электродом.
Напряжение возрастает, дуга вновь возбуждается, и процесс периодически повторяется.
Изменения тока и напряжения на дуге происходят в доли секунды, поэтому источник питания сварочной дуги должен обладать высокими динамическими свойствами, т. е. быстро реагировать на все изменения в дуге.
Особенности физических процессов при газовой сварке
Основным инструментом газосварщика является сварочное пламя. Оно образуется при сгорании горючего газа в кислороде. От соотношения объемов кислорода и горючего газа в их смеси зависят внешний вид, температура и характер влияния сварочного пламени на расплавленный металл.
Рассмотрим строение пламени (рис. 10). Сварочное пламя имеет три четко различимые области: ядро, восстановительную зону и факел.
Ядро пламени представляет собой ярко светящуюся зону, в наружном слое которой сгорают раскаленные частицы углерода, образующиеся при разложении ацетилена.
Восстановительная зона, более темная, состоит из оксида углерода и водорода, кото- рые раскисляют расплавленный металл, отбирая кислород от его оксидов.
Факел – периферийная часть пламени – представляет собой зону полного сгорания углеводородов в кислороде окружающей среды.
В зависимости от соотношения объемов кислорода и ацетилена получают три основ- ных вида сварочного пламени: нормальное, окислительное и науглероживающее.
Рис. 10. Строение и виды ацетиленового сварочного пламени, распределение темпера- туры по длине факела:
а – нормальное; б – окислительное; в – науглероживающее; 1 – ядро; 2 – восстанови- тельная зона; 3 – факел

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
29
В восстановительной зоне, содержащей продукты неполного сгорания ацетилена, про- водят сварку. Температура этой зоны в точке, отстоящей на 36 мм от ядра, составляет 3150 °C.
Факел имеет температуру 1200–2500 °C.
Нормальным сварочным пламенем осуществляют сварку сталей всех марок, меди,
бронзы и алюминия.
Окислительное сварочное пламя получают при избытке кислорода, когда в горелку подают на один объем ацетилена более 1,3 объема кислорода. Ядро такого пламени имеет укороченную, конусообразную форму. Оно приобретает менее резкие очертания и более бледную окраску, чем у нормального пламени. Протяженность восстановительной зоны уменьшается по сравнению с нормальным пламенем. Факел имеет синевато-фиолетовую окраску. Горение сопровождается шумом, уровень которого зависит от давления кислорода.
Температура окислительного пламени выше, чем у нормального, однако при сварке таким пламенем из-за избытка кислорода образуются пористые и хрупкие швы.
Окислительное пламя применяют при сварке латуни и пайке твердыми припоями.
Науглероживающее сварочное пламя получают при избытке ацетилена, когда в горелке на один объем ацетилена приходится не более 0,95 объема кислорода. Ядро такого пламени теряет резкость очертаний, на его конце появляется зеленый венчик, по наличию которого судят об избытке ацетилена. Восстановительная зона существенно светлее, чем у нормального пламени, и почти сливается с ядром. Факел приобретает желтую окраску. При значительном избытке ацетилена пламя коптит. Температура науглероживающего пламени ниже, чем у нормального и окислительного.
Слегка науглероживающим пламенем сваривают чугун и осуществляют наплавку твер- дых сплавов.
Регулируют и устанавливают вид сварочного пламени «на глаз».
При выполнении сварочных работ необходимо, чтобы сварочное пламя обладало теп- ловой мощностью, достаточной для расплавления свариваемого металла. Ее выбирают в соответствии с толщиной свариваемого металла и его теплофизическими свойствами. Эта мощность зависит от расхода ацетилена – объема газа, проходящего за один час через горелку, поэтому ее регулируют ацетиленовым вентилем и подбором наконечника горелки.
Расход ацетилена (его измеряют в дм
3
/ч), необходимый для расплавления слоя свари- ваемого металла толщиной 1 мм, устанавливают на практике. Так, слой низкоуглеродистой стали толщиной 1 мм расплавляется при расходе ацетилена 100–130 дм
3
/ч. Чтобы опреде- лить расход ацетилена при сварке конкретной детали, нужно умножить расход, соответству- ющий единичной толщине, на действительную толщину свариваемого металла (мм).
При сварке низкоуглеродистой стали толщиной 3 мм минимальный расход ацетилена составит 100 ∙ 3 = 300, а максимальный –
130 ∙ 3 = 390 дм
3
/ч.
Решающую роль в процессе горения играет кислород. Для полного сгорания одного объема ацетилена требуется два с половиной объема кислорода. Однако при газовой сварке недопустимо смешивать ацетилен с кислородом в такой пропорции, чтобы обеспечить пол- ное сгорание ацетилена. Как правило, на один объем ацетилена подают 1,1–1,2 объема кис- лорода.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
30
Для предотвращения окислительных процессов при газовой сварке в присадочные материалы и флюсы вводят вещества, которые раскисляют металл
11
, например кремний и марганец, которые имеют большее сродство к кислороду, чем металл шва. При сварке стали раскисляющее действие оказывают углерод, его оксид и водород, образующиеся при горе- нии газовой смеси. Поэтому углеродистые стали можно сваривать и без флюса. Соответ- ствующие присадочные материалы и флюсы применяют и для легирования металла шва.
При газовой сварке основной металл, примыкающий к сварному шву, подвергается нагреву до температуры 1500 °C. Область, нагретую до 450—1500 °C, принято называть зоной термического влияния. Общая протяженность околошовной зоны при газовой сварке,
зависящая от толщины и марки стали, составляет 6—30 мм. Эта область склонна к образо- ванию холодных и горячих трещин.
Для предупреждения образования холодных трещин рекомендуется применять свароч- ные материалы с минимальным содержанием фосфора и проводить сварку на оптимальных режимах.
Для предотвращения образования горячих трещин необходимо применять сварочные материалы с повышенным содержанием марганца и минимальным количеством серы и угле- рода, вводить в металл шва легирующие элементы (титан, алюминий, медь), выполнять сварку с предварительным подогревом и последующей термообработкой.
Кроме того, для улучшения структуры и свойств зоны термического влияния и металла шва, выполненного газовой сваркой, осуществляют горячую проковку
12
шва, его термооб- работку (нагрев сварочной горелкой) и общую термообработку сварного изделия (нагрев в печах с последующим медленным охлаждением).
11
Раскисление – процесс удаления кислорода из сварочной ванны, одна из основных операций рафинирования метал- лов (рафинирование – процесс очистки металлов от примесей).
12
Проковка – механическое воздействие молотком или кувалдой на металл шва как в горячем, так и в холодном состо- яниях. Проковка улучшает механические свойства наплавленного металла и в значительной степени уменьшает усадку.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
31
Технология сварочных работ
Под техникой сварки понимают приемы манипулирования электродом или горелкой,
выбор режимов сварки, приспособлений и способы их применения для получения каче- ственного шва. Однако качество швов зависит не только от техники сварки, но и от других факторов, таких как состав и качество применяемых сварочных материалов, состояние сва- риваемой поверхности, качество подготовки и сборки кромок под сварку.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
32
Подготовительные слесарные операции
Благодаря доступности электроинструментов в наше время работы по раскрою и под- готовке металла к сварке значительно упростились. Фактически с помощью одной только углошлифовальной машинки в большинстве случаев можно быстро раскроить материал,
опилить фаски, а затем и зачистить сварные швы. Но болгарка выручает не всегда. Для работы в узких местах, при сложной конфигурации исходного материала, его малых разме- рах и т. п. она неудобна. Например, прорезать болгаркой небольшое окно в металлическом листе, не захватывая лишний материал, не получится. Тонкий металл из-за высокой скоро- сти вращения отрезного или шлифовального диска очень легко пережечь. К тому же огра- ничиться раскроем и зачисткой удается не всегда. И тут на помощь приходят старые добрые ручные инструменты.
Рубка металла
Операция по разделению на части или по удалению излишних слоев металла назы- вается рубкой. При помощи рубки удаляют наплывы, снимают кромки, заусенцы, твердую корку, делят заготовки на части, делают отверстия, пазы, канавки, углубления, разделывают трещины под сварку и т. п. Точность обработки при рубке составляет 0,5–0,7 мм.
Линии разметки под рубку лучше наносить керном в виде пунктира. При разметке кро- мок под сварку удобно наносить две риски в виде параллельных линий: внутренняя показы- вает верхнее ребро фаски, а внешняя – нижнее ребро фаски.
Режущим инструментом при ручной рубке являются зубило и крейцмейсель
13
, удар- ным – слесарный молоток. Угол заострения лезвия зубила или крейцмейселя в зависимости от твердости обрабатываемого материала должен составлять: для чугуна, бронзы и твердой стали – 70°, стали средней твердости – 60°, меди, латуни, алюминиевых и драгоценных спла- вов – 45° и менее.
Слесарные молотки бывают с круглым и квадратным бойком. Сила удара молотка по зубилу зависит от веса молотка, величины размаха и скорости движения руки. Тяжелый молоток увеличивает силу удара, но в то же время делает работу более утомительной. Реко- мендуемая масса молотка – от 600 до 800 г.
При рубке заготовки кладут на толстую стальную плиту или наковальню или зажимают в тиски. Для рубки лучше применять стуловые тиски, они более устойчивы. При использо- вании параллельных тисков необходимо, чтобы они были тяжелыми и прочными, с шириной губок 125–150 мм. Рубить следует по направлению к неподвижной губке, предварительно подложив под деталь деревянную или металлическую подкладку, чтобы не испортить тиски.
Зубило следует держать легко в кулаке левой руки за среднюю часть стержня, удер- живая главным образом безымянным пальцем и мизинцем и слегка придерживая средним и указательным пальцами. Стоять надо прямо, не нагибаясь, вполоборота по отношению к тискам так, чтобы левая нога была выдвинута вперед, а правая отнесена назад
14
. Во время рубки надо смотреть на лезвие зубила, а не на головку, иначе при ударе легко промахнуться.
Рубку пруткового, полосового и толстого листового металла производят на плите или наковальне. Зубило ставят вертикально, материал надрубают с обеих сторон и затем отла-
13
Крейцмейселем называют зубило, имеющее зауженную режущую кромку. Этот инструмент предназначен для про- рубки шпоночных пазов, узких канавок и углублений.
14
Описания методик работы здесь и далее ориентированы на правшей. Для левшей позиции правых и левых конечно- стей соответственно меняются местами.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
33
мывают, перегибая то в ту, то в другую сторону. Круглые прутки предварительно надрубают по окружности, а затем, поворачивая пруток, наносят сильные удары до полного разделения.
При вырубании заготовки из листового металла или получении в нем отверстия лист кладут на плиту, зубило держат вертикально и ведут его вдоль разметочной линии, оставляя припуск на последующую обработку (рис. 11, а). Сначала легкими ударами делают надрубы вдоль всей линии разметки, а затем сильными ударами прорубают материал насквозь. Лист толщиной до 2 мм прорубают с одного удара, предварительно подложив прокладку из мягкой стали, чтобы не повредить зубило. Толстые листы рубят до тех пор, пока с противоположной стороны не появится след от зубила, и, перевернув лист, окончательно вырубают заготовку.
Рис. 11. Рубка:
а — на наковальне; б — в тисках
При рубке в тисках листовой материал устанавливают так, чтобы разметочная линия совпала с уровнем губок. Толстые заготовки при рубке по разметке устанавливают так,
чтобы риски были выше губок на 3–4 мм.
В ряде случаев, например при изготовлении художественно-декоративных элементов
(для заборов, лестничных ограждений и т. п.), металл не разрубают полностью, а надрубают,
формируя таким образом заусенцы, завитки, вилки и т. п. Если необходимо от стержня квад- ратного сечения или полосы отсечь ветвь значительно меньшей толщины, чем остающаяся часть стержня, это делают, как правило, вертикально в тисках (рис. 11, б). Заготовку зажи- мают в тисках и зубилом под соответствующим углом отсекают нужную ветвь. В этом случае заготовку как бы обтесывают. Эта операция требует значительного опыта для того, чтобы рассекание было ровным, а отсекаемые ветви были одной и той же толщины. Чтобы облег- чить рубку, заготовку следует нагреть.
При черновой рубке срубают стружку от 1,5 до 2 мм. При чистовой рубке снимают слой металла толщиной 0,5–1 мм. Угол наклона зубила должен быть 35–40°. При меньших углах зубило легко соскальзывает, при бóльших – врезается.
В процессе рубки холодного металла в нем возникает структурное напряжение, в результате чего в заготовке могут появиться трещины. Чтобы избежать этого, заготовку можно предварительно отжечь.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
34
Для получения при рубке равных фасок требуется внимательность в работе и равно- мерный нажим на инструмент. При рубке фаски на кромках листов следует убедиться в надежности закрепления края листа для предупреждения сдвига их при ударах.
При чистовой рубке стали и меди полезно обтирать лезвие зубила тряпкой, смоченной в машинном масле или мыльной воде, при рубке алюминия – скипидаром. Чугун следует рубить сухим зубилом.
Пользоваться надо только острозаточенным зубилом. При заточке зубил и крейцмейсе- лей на наждачных станках не следует сильно прижимать их к абразивному кругу, что может привести к перегреву и отпуску режущей кромки. Грани лезвия должны иметь одинаковую ширину и угол наклона к осевой линии.
Разрезание
Разделение заготовки на части, удаление излишков металла, вырезание отверстий называется разрезанием. Тонкий листовой металл разрезают ножницами, профильный мате- риал, трубы и толстые листы – ножовкой. Допустимая толщина листового металла, разреза- емого ручными ножницами, различается: для стали это 0,7 мм, для меди – 1,0 мм, для алю- миния – 2,5 мм.
Более толстый листовой, а также полосовой и прутковый металл разрезают рычаж- ными или машинными ножницами. Различают прямые правые и прямые левые ножницы.
У правых ножниц верхнее лезвие (по отношению к нижнему) находится справа, у левых
– слева. В большинстве случаев применяют правые ножницы, так как линии разметки при работе ими хорошо видны; левыми ножницами пользуются при вырезании криволинейных деталей, при этом резать нужно по часовой стрелке, располагая ножницы так, чтобы они не закрывали лезвием линии разметки. Если ту же операцию проводят правыми ножницами,
то процедуру выполняют против часовой стрелки (рис. 12). Применяют также ножницы с кривыми лезвиями специально для разрезания по кривым линиям.
Круглое отверстие можно вырезать следующим образом. После разметки лист кладут на деревянную подкладку и зубилом прорубают его крестообразно в центре. Потом лист переворачивают, края проруба отгибают и обрезают. Вставив лезвие ножниц в получившееся отверстие,
режут, отгибая лишний металл вниз, по спирали до линии разметки, а затем короткими шагами вырезают круг. Если нужно получить диск, после разметки сначала обрезают углы листа. Когда отгибаемая (лишняя) часть станет слишком длинной и начнет мешать, ее отрезают.