2. Плазменная резка металлов .

Плазменная резка — вид плазменной обработки материалов, при котором в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя плазмы.

Между электродом и соплом аппарата, или между электродом и разрезаемым металлом зажигается электрическая дуга. В сопло подаётся газ под давлением в несколько атмосфер, превращаемый электрической дугой в струю плазмы с температурой от 5000 до 30000 градусов и скоростью от 500 до 1500 м/с. Толщина разрезаемого металла может доходить до 200 мм. Первоначальное зажигание дуги осуществляется высоковольтным импульсом или коротким замыканием между форсункой и разрезаемым металлом. Форсунки охлаждаются потоком газа (воздушное охлаждение) или жидкостным охлаждением. Воздушные форсунки как правило надежнее, форсунки с жидкостным охлаждением используются в установках большой мощности и дают лучшее качество обработки.

Используемые для получения плазменной струи газы делятся на активные (кислород, воздух) и неактивные (азот, аргон, водород, водяной пар). Активные газы в основном используются для резки чёрных металлов, а неактивные — цветных металлов и сплавов.

Преимущества плазменной резки:

• обрабатываются любые металлы — черные, цветные, тугоплавкие сплавы и т. д.

• скорость резания малых и средних толщин в несколько раз выше скорости газопламенной резки

• небольшой и локальный нагрев разрезаемой заготовки, исключающий её тепловую деформацию

• высокая чистота и качество поверхности разреза

• безопасность процесса (нет необходимости в баллонах с сжатым кислородом, горючим газом и т. д.)

• возможна сложная фигурная вырезка

• отсутствие ограничений по геометрической форме.

3. Расшифровать марку 16ГС Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций углерод-0,16% марганец-1% кремний-1%

Билет 15

1. Плазменная сварка металлов . Технология сварочного процесса при плазменной сварке.

Плазмой принято называть газ, который предварительно прошел ионизацию и который состоит из нейтральных молекул. Кроме того, такой газ имеет  ионы и электроны, которые заряжены электрически. Учитывая это определение, даже обычную электродугу уже можно назвать плазменной. Но при этом заметим, что если говорить о стандартной сварочной дуге, то в ее отношении данный термин применять не принято, так как температура электродуги намного меньше, а также энергия меньше, чем у той, которую считают плазменной.

 

 

 

Для того чтобы дуга из стандартной электрической стала плазменной, то есть повысилась ее мощность и температура, могут осуществляться два  процесса:

• Газ вдувают принудительно для плазмообразования.

• Сжатие дуги.

Отметим, что для сжатия дуги применяется специальное устройство, носящее название плазмотрон. В процессе работы стенки этого плазмотрона интенсивно охлаждаются водой. Устройство работает на уменьшение поперечного сечения дуги, что в свою очередь увеличивает ее энергию, мощность и пр. Температура стандартной дуги составляет около 5000 градусов, а в плазменной дуге она поднимается до 30000.

Одновременно с сжатием электродуги, в зону дуги принудительно вдувают специальный плазмообразующий газ. Под действием температуры электродуги он нагревается и ионизируется. В результате этого процесса используемый газ расширяется примерно в 50-100 раз. Газ начинает истекать из сопла, а кинетическая энергия дополняет тепловую, которая выделяется в результате происходящих электрических процессов. По этой причине, плазменная дуга в разы мощнее обычной.

Главные черты, которыми отличаются плазменная и обычная дуга:

• Меньший диаметр дуги.

• Куда более высокая температура.

• Дуга имеет куда более высокое давление на металл.

• В отличие от конической обычной дуги, она имеет цилиндрическую форму.

• Дуга может поддерживаться на малой силе тока.

Перечисленные черты плазменной дуги делают ее значительно эффективнее. Обеспечивая более высокую температуру нагрева, плазменное сваривание обладает большими возможности, в сравнении с обычным дуговым свариванием. Плазменный вид сварки отличается от дугового большим проплавлением вглубь металлоизделия, при этом значительно уменьшается расплавление свариваемого металла. Эти виды сваривания дают и разную форму проплавления из-за того, что плазменная дуга является куда более интенсивным источником тепла, так что можно, не проводя раздела кромок металла, сваривать очень большую толщину. Особая цилиндрическая форма позволяет увеличить длину, а также проводить работу в довольно труднодоступных местах. Также, плазменная сварка металла может проводиться при колебании расстояния от горелки до самого изделия.

 

 

 

Возможны варианты процесса:

• Сварка дугой из плазмы, при этом дуга горит между самим изделием и неплавящимся электродом.

• Плазменная струя, дуга горит между соплом плазмотрона и электродом, при этом выдувается при помощи потока газа.

Чаще всего при сварке используется аргон, он же является защитным газом. Электрод изготавливают из вольфрама, а также из гафния или меди.

Разновидности сварки.

В зависимости от того, какая сила тока применяется, плазменная сварка металла может быть нескольких видов:

• Микроплазменная сварка ( где ток силой 0,1 - 25 Ампер).

• Сваривание на средних токах (50 - 150 Aмпер).

• Сваривание на больших токах (более 150 Ампер).

 

На сегодня наиболее распространенным является именно микроплазменное сваривание. Газ в плазмотроне имеет очень большую степень ионизации, а также применяются электроды из вольфрама на 1 - 2 мм. При таких условиях плазменная дуга может гореть и на малых токах, минимум при этом - 0,1 Ампер.

Непрерывный источник питания позволяет создать дугу между электродом и водохлаждающим соплом из меди. Когда подводится изделие к плазмотрону, в нем загорается дуга, а плазмообразующий газ передается через сопло. Сопло плазмотрона обычно имеет диаметр от 0,5 до 1,5 мм. При этом защитный газ подается через специальное керамическое сопло, а сама установка охлаждается водой.

Напоследок следует сказать, что наиболее часто используется микроплазменное сваривание тогда, когда необходимо соединить детали изделия, имеющую толщину не более полутора миллиметров. При этом отметим, что диаметр плазменной дуги составляет не больше 2 мм. Этот факт позволяет сконцентрировать тепло исключительно в отведенной для сварки зоне, и при этом не повреждать соседние участки изделия.

2. Расшифровка марки электрода. Принципиальная схема .

1. Тип электрода. Первая буква «Э» обозначает название продукта, последующая цифра – значение временного сопротивления разрыва, кгс/мм².

2. Марка. Содержит информацию о производителе и непосредственно марку электродов.

3. Диаметр.

4. Область назначения.

У	Для сварки углеродистых и низколегированных марок стали с сопротивлением разрыву до 600 МПа
Л	Легированные стали конструкционного типа с сопротивлением разрыву свыше 600 МПа
Т	Теплоустойчивые стали
В	Для сварки высоколегированных марок стали с особыми свойствами
Н	Формируют слой наплавки

5. Толщина верхнего покрытия

М	Тонкое
С	Среднее
Д	Толстое
Г	Особо толстое

6. Индекс, означающий характеристики свариваемого металла. Он должен соответствовать данным из ГОСТ 9467-75. В нем дается подробная расшифровка по каждому из возможных обозначений.

7. Вид покрытия.

А	Кислое
Б (В)	Основного типа
Р ®	Рутиловые
Ц ©	Целлюлозные
П (S)	Прочие

Для смешанных типов покрытий принято двойное обозначение, например БР (BR) – рутило-основное.

8. Разрешенные положения направления сварки.

1	Все положения
2	Все, кроме вертикального, направленного сверху вниз
3	Запрещает потолочный и вертикальный шов сверху вниз
4	Только для нижнего

9. Указывает характер тока, его полярность и номинальное значение напряжения.

10. Ссылка на ГОСТ 9466-75, согласно которому была выполнена маркировка.

11. Ссылка на нормативный документ изготовления электродов.

3. Расшифровать марку 15ХСНД углерод- 0,15% хром-1% кремний-1% никель-1% медь-1%

Билет 16

П оверхностная кислородно-дуговая резка .

Поверхностной кислородной резкой называется процесс снятия слоя металла с поверхности обрабатываемой детали, выполняемый посредством кислородной струи.В отличие от разделительной резки, при которой кислородная струя направляется перпендикулярно поверхности обрабатываемого металла или углом вперед с углом атаки φ = 45° и более, при поверхностной резке угол атаки меньше и составляет обычно 10-30°. В результате наклонного направления струи и малой скорости ее истечения в связи с применением относительно небольших давлений кислорода (редко выше 4-5 кгс/см²) и больших сечений выходных каналов для кислорода, струя, врезаясь в подготовленный в тепловом отношении металл, деформируется и выбрасывается в сторону той же поверхности, с которой она и была введена. На эту же поверхность выбрасывается и сожженный металл в виде расплавленного шлака. Если резак перемещать вперед с определенной для конкретных условий скоростью, то кислородная струя будет сжигать следующие объемы уже подогретого металла. При этом шлак в значительной степени облегчает тепловую подготовку металла, подлежащего резке кислородной струей, позволяя применять значительную линейную скорость резки и сжигать в единицу времени большее количество металла поверхностного слоя.

Шлак, получающийся при поверхностной кислородной резке, отличается от шлака при разделительной резке большим количеством несожженного железа, а его влияние на тепловую подготовку металла при установившемся процессе резки значительно сильнее, чем при разделительной.

1. Принципиальная схема расшифровки марок сталей . Сначала содержание углерода в сотых %, если нет начальной цыфры, то углерода больше 1 процента. Две цифры, стоящие в самом начале марки легированной стали, — это среднее содержание углерода в сотых долях процента. В нашем случае, содержание углерода 0,12%. Иногда вместо двух цифр стоит всего одна: она показывает, сколько углерода (C) содержится в десятых долях процента. Если же цифр в начале марки стали вовсе нет, это означает, что углерода в ней довольно приличное число — от 1% и выше.

Буква Х и следующая за ней цифра 18 говорят о том, что в данной марке содержится 18% хрома. Обратите внимание: соотношение элемента в долях процента выражает только первое число, стоящее в начале марки, и это относится только к углероду! Все остальные числа, присутствующие в названии, выражают количество конкретных элементов в процентах.

Далее следует комбинация Н10. Как Вы уже догадались, это 10% никеля.

В самом конце стоит буква Т без каких-либо цифр. Это значит, что содержание элемента слишком мало, чтобы уделять этому внимание. Как правило, около 1% (иногда — до 1,5%). Получается, в данной марке легированной стали количество титана не превышает 1,5%. Если вдруг в самом конце марки Вы обнаружите скромно стоящую букву А, помните, что она играет очень важную роль: таким образом обозначается высококачественная сталь, содержание фосфора и серы в которой сведено к минимуму. Две буквы А в самом конце (АА) говорят о том, что данная марка стали особо чистая, т. е. серы и фосфора здесь практически нет.

В ходе несложного анализа сочетаний букв и цифр мы выяснили, что марка стали 12Х18Н10Т (конструкционная криогенная, аустенитного класса) сообщает о себе следующие сведения: 0,12% углерода, 18% хрома (Х), 10% никеля (Н) и небольшое содержание титана (Т), не превышающее 1,5%.

В начале марки легированных сталей могут также присутствовать дополнительные обозначения:

Р — быстрорежущая;

Ш — шарикоподшипниковая;

А — автоматная (не путайте с буквой А в конце названия, говорящей о чистоте стали!);

Э — электротехническая.

Также стоит отметить некоторые особенности таких подвидов легированных сталей:

1. в шарикоподшипниковых сталях содержание хрома указывается в десятых долях процента (например, сталь ШХ4 содержит 0,4% хрома);

2. в марках быстрорежущей стали после буквы Р сразу ставится число, указывающее содержание вольфрама в процентах. Также все быстрорежущие стали содержат 4% хрома (Х).

Чтобы показать способ раскисления стали, существуют особые буквенные обозначения: 

• сп — спокойная сталь;

• пс — полуспокойная сталь;

• кп — кипящая сталь.

Теперь подробно рассмотрим, как расшифровать марку нелегированной стали, которая подразделяется на обыкновенную и качественную.

Обыкновенная нелегированная сталь(Ст3, Ст3кп) имеет в самом начале буквы Ст. Далее следуют цифры, указывающие содержание углерода в стали в десятых долях процента. В конце могут стоять специальные индексы: например, сталь Ст3кп относится к категории кипящей, о чём говорят буквы кп в самом конце. Отсутствие индекса означает, что эта сталь спокойная. Когда нужно отразить в маркировке гарантию свариваемости, в конце добавляют строчные буквы св. К примеру: Ст3св.

Качественная нелегированная сталь (Ст10, Ст30, Ст20, Ст45) содержит в маркировке двузначное число, указывающее среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Таким образом, марка стали Ст10 содержит 0,1% углерода; Ст30 имеет 0,3% углерода; Ст20 — 0,2%; Ст45 содержит 0,45% углерода.

Конструкционная низколегированная сталь 09Г2С содержит следующие химические элементы: 0,09% углерода, 2% марганца и небольшое количество кремния (приблизительно 1%).

Стали 10ХСНД и 15ХСНД отличаются только разным содержанием углерода: 0,1% и 0,15% соответственно. Хрома (Х), кремния (С), никеля (Н) и меди (Д) здесь очень мало (до 1-1,5%), поэтому цифры за буквой не ставятся.

Качественные стали применяют для производства паровых котлов и сосудов высокого давления. В их маркировке имеется буква К на конце: 20К, 30К, 22К.

Если сталь является литейной конструкционной, то в конце маркировки ставят букву Л. Например: 40ХЛ, 35ХМЛ.

Инструментальные нелегированные стали обозначаются буквой У. Далее следует цифра, выражающая среднее содержание углерода в стали: У10, У7, У8. Если сталь ещё и высококачественная, это также отмечают в маркировке: У8А, У10А, У12А. Если необходимо подчеркнуть увеличенное содержание марганца, применяют дополнительную букву Г. К примеру, существуют стали У8ГА и У10ГА.

Инструментальные легированные стали имеют такое же обозначение, как и конструкционные легированные. Например, марка ХВГ указывает на присутствие трёх главных легирующих элементов: хрома (Х), вольфрама (В) и марганца (Г). Содержание углерода здесь примерно 1%, а потому цифра в начале марки не пишется. Другой вид стали 9ХВГ имеет пониженное содержание углерода в сравнении с ХВГ: здесь углерода 0,9%.

Стали быстрорежущие маркируются буквой Р, после которой ставится содержание вольфрама в %. Разберём в качестве примера сталь Р6М5Ф3. Она является быстрорежущей (Р), содержит 6% вольфрама, 5% молибдена (М) и 3% ванадия (Ф).

Сталь электротехническая нелегированная (АРМКО) имеет очень малое удельное электрическое сопротивление. Это достигается благодаря минимальному количеству углерода в составе (менее 0,04%). Такую сталь ещё принято называть технически чистым железом. Маркировка электротехнических нелегированных сталей состоит только из цифр. Например: 10880, 21880 и т. д. В каждой цифре заложена важная информация. Самая первая цифра показывает вид обработки: 1 — кованный или горячекатаный; 2 — калиброванный. Вторая цифра сообщает наличие/отсутствие нормируемого коэффициента старения: 0 — без коэффициента; 1 — с коэффициентом. Третья цифра — это группа по основной нормируемой характеристике. Две последние связаны со значениями основной нормируемой характеристики.

Строительная сталь отмечается буквой С, после которой указывается минимальный предел текучести стали. Также применяются дополнительные обозначения: К — повышенная коррозионная стойкость (С390К, С375К); Т — термоупрочнённый прокат (С345Т, С390Т); Д — повышенное содержание меди (С345Д, С375Д)

2. Расшифровать марку Вст 3

Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества

Билет 17

1. Д

   Рис. 10.1. Схема дуговой сварки под флюсом:

   уговая сварка под флюсом .Ее технологические особенности Высокая производительность сварки под флюсом и стабиль­ное качество сварных соединений способствовали ее широкому применению в промышленности при соединении заготовок боль­ших толщин (до 200 мм) из сталей различных классов, титана, сплавов на основе алюминия и меди и других конструкционных металлов. Наиболее часто этот вид сварки используют при из­готовлении станин металлообрабатывающего оборудования, мос­товых кранов, доменных печей, паровых котлов и др. К недо­статкам способа отно­сится невозможность сварки швов, располо­женных в плоскости, отклоненной от горизон­тальной плоскости на угол, превышающий 15°.

Сущность спо­соба заключается в образовании соединения при кристаллизации сва­рочной ванны под сло­ем флюса, который за­щищает расплавленный металл от кислорода и азота воздуха.

Р

1— сварной шов, 2 — расплавленный флюс, 3 —ванна, 4 — газовый пузырь, 5 —заготовка, 6 — флюс, 7 — электродная проволока, 8 — токоподводящнй наконеч­ник; Н DP — глубина провара; стрелкой указано направление движения дуги

асплавление основ­ного и электродного ме­таллов происходит под действием теплоты дуги, горящей между непокры­той электродной проволокой и свариваемыми заготовками (рис. Ю.1). В расплавленном флюсе образуется газовый пузырь, в ко­тором газообразные продукты, выделяющиеся при плавлении металла и флюса, находятся под небольшим избыточным давле­нием Давление столба дуги, газов и паров металла, находящихся в пузыре, способствует оттеснению жидкого металла из-под дуги, что улучшает проплавление кромок заготовок и уменьшает потери металла на угар и разбрызгивание. Металлургические взаимодействия между расплавленным металлом и жидким шлаком способствуют получению металла шва с заданным химическим составом.

Сварку под флюсом можно осуществлять на переменном й постоянном токах. В свою очередь, в зависимости от полярности постоянного тока дуга может быть прямой и обратной полярно - стн. По способу перемещения дуги относительно заготовок свар - ка под флюсом подразделяется на механизированную и автома. тическую. При механизированной сварке автоматизирован только процесс подачи электродной проволоки в зону сварки, а дер. жатель с установленной на нем воронкой с флюсом перемещают вручную. При автоматической сварке перемещение держателя и поддержание дуги осуществляются специальными механизмами.

Технологические особенности: расстояние от токопроводяшего мундштука до сварочной ванны постоянно; вылет электрода не превышает 40..,70 мм, что позволяет без перегрева последнего использовать сварочные токи силой до 2000 А; плотность сварочного тока достигает 200...250 А мм' (при ручной дуговой сварке она не превышает 15 А/мм2), в ре - аультате чего в 2...2,5 раза повышается коэффициент наплавки и одновременно уменьшается доля наплавленного металла в дзарном шве благодаря большой глубине проплавлення; электродный металл переносится в ванну мелкими каплями, которые не замыкают дугового промежутка и не гасят дугу; наличие расплавленного шлака над сварочной ванной улучшает условия кристаллизации шва.

Преимущества перед ручной дуговой сваркой покрытыми электродами: более высокая (в 5...20 раз) производительность; более высокие физико-механические свойства металла шва; возможность сварки заготовок толщиной до 20 мм одностороннем швом без разделки кромок и до 50 мм — двусторонним швом; значительно меньшая стоимость за счет снижения расходов на электроэнергию и присадочный материал.

Подготовку заготовок под сварку с использованием флюса осуществляют более тщательно, чем под ручную дуговую сварку. Резку и скос кромок выполняют механичс чой обработкой или механизированной кислородной резкой. П іед сборкой под сварку края заготовок нужно очистить от ржавчины, масла и других загрязнений на ширине 25...30 мм от места сварки. Сборку осуществляют или в специальных приспособлениях, или с использованием универсальной оснастки. При необходимо обеспечить требуемый и постоянный зазор п длине шва. При стыковых соединениях заготовок толщин 15 мм зазор должен составлять 1...3 мм, а толщиной 16...20 2...4 мм. Для угловых соединений зазор не должен превы: 1 мм, для тавровых—2 мм. Угол разделки кромок загої толщиной свыше 20 мм должен составлять (50+5)

Для обеспечения хорошего качества начала и конца шва устанавливают начальные и выводные планки (рис. 10.2, а), материал и разделка кромок которых такие же, как у свариваемых заготовок. Длина планок составляет 100...120 мм, ширина —60... __1000 мм. После сварки планки удаляют. Способы предотвращения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны показаны на рис. 10.2, б...е.

Рис. 10.2 Подготовка заготовок к сварке под флюсом с использованием начальных и выводных планок (с), асбестовой набивки (б), остающейся стальной подкладки (в), предварительной ручной подварки (г), флюсомедной подкладки (д), флюсовой подушки (е)