4. Лазерная сварка.

При лазерной сварке в основном применяют газовые СО₂-лазеры непрерывного действия, в кото­рых рабочим телом служат смеси газов в соотношении 1 СО₂; 20 К₂; 20 Не.

На рис. 6 приведена принципиальная схема технологи­ческого СО₂-лазера с замкнутым циклом, в котором векторы скорости потока прокачиваемого газа, электрического поля и на­правления лазерного луча взаимно перпендикулярны. Такие лазеры возбуждаются электрическим разрядом.

Рис. 6. Принципиальная схема технологического СО₂-лззера с попереч­ной прокачкой газовой смеси:

1 — газовый тракт, 2 — вентилятор, 3 - холодильник, 4, 5 — электроды, 6 — непрозрачное и полупрозрачное зеркала, 7 — лазерный луч, 8, 9 — линзы оптической системы, 10 — свариваемое изделие, 11 — пульт упра­вления, 12, 13 — измерители мощности.

Типичной конструкцией лазера, представленного на рис. 6, является камера, ограниченная с двух сторон строго параллель­ными зеркалами 6 — непрозрачным (слева) и полупрозрачным (справа), формирующими лазерный луч 7.

Поперек разряда с помощью компрессора или вентилятора 2 прокачивается и охлаждается в холодильнике 3 газовая смесь; газовый тракт условно изображен стрелками 1.

В результате электрического разряда между электродами 4 и 5, расположенными в камере, возникают быстрые электроны, переводящие газовые молекулы в возбужденное состояние. Воз­вращаясь в исходное состояние, эти молекулы образуют кванты света, который, проходя через оптическую систему 6, 8 и 9, фоку­сируется на свариваемом изделии 10, расположенном на сварочном манипуляторе с пультом управления 11 и при высокой концентра­ции энергии осуществляется локальное расплавление кромок свариваемого изделия. Измеритель мощности проходного 12 и калориметрического типа 13 позволяет контролировать пара­метры процесса.

Большим достоинством способа лазерной сварки является возможность ведения процесса как в вакууме, так и в защитных газах, что позволяет получить высококачественные сварные соеди­нения не только на обычных углеродистых и низколегированных сталях, но и на легированных сталях, а также цветных металлах и специальных сплавах.

5. Газовая (газо-кислородная) сварка.

При газовой сварке кромки металла, подлежащие сварке, нагре­ваются до расплавления теплом экзотермической реакции, про­текающей в пламени газовой горелки между горючим газом (как правило, ацетиленом) и кислородом (рис. 7). Ацетилен (С₂Н₂) получают из карбида кальция при взаимодействии его с водой:

СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са(ОН)₂.

Рис. 7. Газовая сварка:

а — схема процесса, б — распределение температуры в пламени; 1 — баллон с кислородом, 2 — баллон с ацетиленом, 3 — сварочная горелка, 4 — приса­дочная проволока, 5 — свариваемое изделие, 6 — шланги для подвода газов к горелке.

Ацетилен сжигается в смеси с кислородом посредством спе­циальной горелки.

Процесс подготовки ацетилено-кислородной смеси к горению и самого горения можно разделить на три стадии:

1-ая стадия: подготовка горючего к сгоранию (распад угле­водорода)

С₂Н₂ → 2С + Н₂ + 226 000 кДж/моль.

2-ая стадия: образование СО и Н₂ (окисление углерода)

С₂Н₂ + О₂ → 2С + Н₂ + О₂ = 2СО + Н₂ + 2 472 200 кДж/моль.

3-ая стадия: окончательное окисление оксида углерода и водорода:

2СО + О₂ → СО₂ + 571 000 кДж/моль;

Н₂ + 0,5О₂ → Н₂О + 242 000 кДж/моль.

Строение пламени при горении ацетилена в смеси с кислородом характеризуется наличием трех зон: ядра (I), средней зоны (II) и факела (III) (рис. 7, б). Наивысшая температура (2730— 3230 °С) имеет место в районе II зоны. Поэтому при сварке го­релку располагают так, чтобы ядро пламени касалось поверх­ности сварочной ванны.

Газовая сварка применяется как при изготовлении изделий из тонколистовой стали, так и при сварке чугуна (при ремонтных работах) и некоторых цветных металлов и сплавов на их основе.