27. Сущность кислородной и плазменной резки.

Окислением можно резать только металлы, температура воспламенения которых в кислороде ниже температуры их плавления. Это первое условие. Такой металл горит в твердом состоянии, рез получается ровным по ширине, поверхность его гладкая, продукты горения легко удаляются кислородной струей. Второе условие – температура плавления образующихся при горении окислов должна быть ниже температуры плавления разрезаемого металла. Тогда они при температуре резки жидкотекучи и легко удаляются из реза. Третье условие – разрезаемый металл должен иметь небольшую теплопроводность, чтобы легко было нагреть зону резки до температуры воспламенения.

Разрезаемость углеродистых сталей с увеличением содержания в них углерода ухудшается. Легирующие элементы в стали так же препятствуют кислородной резке.

К параметрам режима кислородной резки относятся мощность пламени, давление режущего кислорода и скорость резки

Сущность и основные параметры режима плазменной резки.

Плазма – ионизированный газ, содержащий электрически заряженные частицы и способный проводить ток. Ионизация газа проходит при его нагреве. Степень ионизации тем выше, чем выше температура газа. В центральной части сварочной дуги газ нагревают до температур 5000-30000⁰С, имеет высокую электропроводность, ярко светится и представляет собой типичную плазму. Плазменную струю, используемую для сварки и резки, получают в специальных плазматронах, в которых нагревание газа и его ионизация осуществляются дуговым разрядом в специальных камерах.

Питание дуги, как правило, осуществляется переменным или постоянным током прямой полярности. Возбуждают дугу с помощью осциллятора. Для облегчения возбуждения дуги прямого действия используют дежурную дугу, горящую между электродом и соплом горелки. Для питания плазмообразующей дуги требуются источники сварочного тока с рабочим напряжением до 120 В, а в некоторых случаях и более высоким; для питания плазмотрона, используемого для резки, оптимально напряжение холостого хода источника питания до 300 В.

Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его вдувании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Для резки металла малой толщины используют плазменную струю косвенного действия. При повышенной толщине металла лучшие результаты достигаются при плазменной струе прямого действия. При резке даже углеродистых сталей во многих случаях она более экономична, чем газокислородная, ввиду высокой скорости и лучшего качества реза.

В зависимости от металла в качестве плазмообразующих газов можно использовать азот, водород, аргонно-водородные, аргонно-азотные, азотно-водородные смеси.

28. Сварочная проволока и типы электродов для сварки.

Стальная сварочная проволока. Стальную сварочную прово­локу сплошного сечения выпускают по ГОСТ 2246-70 и специ­альным техническим условиям. Проволоку , предназначенную для механизированной сварки, иногда выпускают в мотках, не требующих перемотки в кассеты полуавтоматов и автоматов.

Размеры мотков для каждого диаметра проволоки регламенти­рованы. В условных обозначениях проволоки принята определенная последователь­ность.

1. Указывается диаметр проволоки в миллиметрах.

2. Далее следует индекс «Св» - сварочная.

3. Цифра за индексом обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента.

4. Обозначение легирующих элементов в проволоке и их количество при­няты такими же, как и для марок сталей.

5. Буквы А и АА в конце обозначений марок проволоки указывают на по­вышенную чистоту металла по сере и фосфору.

6. Буквы в конце условного обозначения марки проволоки обозначают: Э - для производства электродов; О - омедненная, Ш, ВД, ВИ - полученные соответственно электрошлаковым, вакуумно-дуговым или вакуумно-индукцион­ным переплавом.

Пример условного обозначения сварочной проволоки. диаметром 2,5 мм, марки Св-О8ХГСМФА, предназначенной для изготовления электродов из стали, выплавленной в вакуумно-индукционной печи, с омедненной поверхностью.

Проволока 2,5 Св-О8ХГСМФА-ВИ-Э-О ГОСТ 2246-70.

Выпускаемые по ГОСТ 2246-70 марки сварочных про волок разделены на три группы: низкоуглеродистые, легированные и высоколегированные.

Стальную сварочную проволоку с порошковым сердеч­ником выпускают в основном по техническим условиям. По ГОСТ 2246-70 выпускают только самозащитную порошковую проволоку марок Св-15ГСТЮЦА и Св-20ГСТЮА.

Наряду со сварочной имеется и наплавочная стальная про­волока как сплошного сечения, так и с порошковым сердечником.

Для сварки и особенно наплавки часто используют стальные ленты, пластины, прутки и порошки. Их изготовляют как по техническим условиям, так и по ГОСТ достаточно широкой но­менклатуры.

Сварочная проволока из алюминия и алюминиевых сплавов. Промышленность выпускает по ГОСТ 7871-75 тянутую и прессо­ванную сварочную проволоку сплошного сечения. Размерный ряд диаметров проволок укладывается в пределах 0,8-12,5 мм. До­пустимые отклонения по диаметру и овальности проволок регламентированы. Стандартизованы 14 марок присадочной проволоки. ИХ можно разделить на пять групп:

1) из алюминия (СвА97,СвА85Т и др.); 2) из сплавов системы Аl - Мn (СвАМц); 3) из сплавов системы Аl - Mg (СвАМг3, СвАМг5, СвАМг6 и др.); 4) из сплавов системы Аl - Si (СвАК5, СвАКI0); 5) из сплавов системы Аl - Cu (Св1201). Обозначение марок сварочной проволоки принято по аналогии с соответствующими марками

алюминиевых сплавов.

Проволока для сварки титана и его сплавов. Проволока нестандартизована. Применяют сварочную проволоку, выпуска­емую по ведомственным техническим условиям из технического титана ВТ1-0, BТ1-l, сплава ВТ2 ( 3 % Al) и реже из других сплавов.

Электоды.

1. Электроды с кислым покрытием (вид А по ГОСТ 9466-75, марки СМ-5, ЦМ-7, МЭЗ-04). Основу шлака кислого покрытия со­ставляют руды железа и марганца (гематит, марганцевая руда), а также алюмосиликаты (гранит, полевой шпат). Газовая защита обеспечивается за счет использования органических составляю­щих. Для раскисления шлака и металла сварочной ванны в покры­тия вводят ферромарганец.

2. Электроды @ основным покрытием (вид Б по ГОСТ 9466-75, марки УОНИ-13/45, CM-Il, УП-l/45, ЦУ-l, УОНИ-13/55 и др.).

Шлаки основных покрытий формv.руются на базе карбонатов и

плавикового шпата. Газовая защита ~оздаеТGЯ в результате диа­

социаuии карбонатов

СаСОз - СаО + СО2.

Благодаря введению в СОСТав покрытия ферромарганца, фf'рросилиция, а в некоторых €лучаях ферротитана

миния сбеспечивается хорошее раакисление шлака и мета,лла сварочной ванны.

Состав покрытия электj:.-ОДОВ пу-]; 47 % мрамора; 25 % пла­ЕИКОВОГО шпата; 8 % каолина; 8 % ферромарганца; 7 % ферроси­лиuия; 1 % алюминия (порошок); 4 % диоксида титана. В замес вводя'!' 35 % жидкого стекла. Электродный стержень выполняют иэ низкоуглеродистоЙ проволоки марок Св-08А и Св-08 (ГОСТ 2246-70).

Покрытие рассматриваемой марки обеспечивает достаточную защиту расплавленного металла от воэдуха - концентрация азота в металле шва 0,018 % (см. табл. 6.3)- При этом степень окислен­ ностиметалла шва по сравнению G исходной практически не из­меняется. Этого достигают. во-первых, формированием шлаков с пониженной концентрацией монооксида железа (см. табл. 6.1), что обеспечивается введением в покрытие ферросплавов и алюминия. Во-вторых, за счет глубокой раскисленности металла шва кремнием (до 0,4 %) и марганцем (до 1,21 %) в резуль­тате прямого перехода ИХ из покрытия В сварочную ванну. По­следнее становится допустимым, поскольку в газовой фазе отсутствует водород. Газовая защита при использовании покрытий данного типа создается в результате диссоциации мрамора (СаСОз)

Газовая фаза содержит некоторое количество паров воды.Важное преимущество электродов с основным покрытием­

пониженная чувствительность к образованию дефектов из-засеры. Это обусловлено высокой основностью шлаков и наличием в их составе оксида кальция, что способствует развитию реакции десульфурации. Электроды с основным покрытием применяют при сварке низкоуглеродистых и среднеуглеРОДИС1ЫХ сталей. Возможно ис­пользование их и при сварке высокоуглеродистых сталей. Электроды с основным покрытием рекомендуются, какправило, для сварки особо ответственных конструкций, кон­струкций из толстолистового металла, жестких конструкций.

3. Электроды с рутиловым покрытием Основу шлаков с рутиловым покрытием составляют рутиловый концентрат, алюмосиликаты, карбонаты. Газовая за­щита создается за счет разложения карбонатов, органическихдобавок и выделения кристаллизационной влаги

Раскисление шлака и металла сварочной ванны достигается в основном благодаря введению ферромарганца. При этом в зави­симости от основности шлака возможен переход кремния в свароч­ную ванну за счет развития кремневосстановительного процесса.

Некоторые вопросы металлургии сварки рутиловыми электро­дами изучены на примере электродов ЦМ-9 с составом покрытия: 48 % рутила Тi02; 5 % магнезита МgСОз; 30 % полевого шпата;

15 % ферромарганца; 2 % декстрина. В замес вводят до 30 %

ЖИДкого стекла. Коэффициент массы покрытия 30-34 %. Элек­ТрОДный стержень - низкоуглеродистая проволока Св-08 илиСв-08А (ГОСТ 2246-70).

Необходимо отметить, что отсутствие в составе рутило­вых покрытий руд позволяет снизить содержание в покрытиираскислителя - ферромарганца. Благодаря этому использо­вание электродов с рутиловым покрытием улучшает санитар НО­гигиенические условия сварки, так как они при расплавлениивыделяют меньше пыли и токсичных оксидов марганца. Отмечен­ные особенности электродов с рутиловым покрытием способствуютширокому применению их в промышленности взамен электродовс кислым покрытием.

4. Электроды с целлюлозным покрытием

При сварке электродами с целлюлозным покрытием защита металла сварочной ванны в основном обеспечивается газами в ре­зультате разложения органических составляющих. Для создания хорошей газовой защиты в состав покрытия вв~ят значительное количество органических составляющих (целлюлозу). Образующиеся в результате разложения органических соста­ вляющих газы содержат значительное количество водорода. Для уменьшения растворения водорода в жидком металле и предупреждения образования пор, вызванных, его выделением, в состав покрытия вводят составляющие: титановый

концентрат (FeO. Тi02), марганцевую руду (Мп02), формирующие при расплавлении окислительные шлаки (см. табл. 6.1).

Для раскисления металла сварочной ванны и предупреждения образования пор из-за окисления углерода в состав покрытия вводят марганец и кремний в виде ферросплавов. Электроды с цел­люлозным покрытием не допускают перегрева при сушке, а также в процессе сварки, это может привести к изменению свойств ме­талла сварочной ванны.

Металл, наплавленный электродами с целлюлозным покрытием, по химическому составу соответствует полуспокойной стали. Обычно содержание кислорода в металле шва 0,04­0,10 %; азота 0,01-0,02 %; водорода 25-35см3/I00 г металла.

Малый коэффициент массы покрытия (15-25 %) позволяет использовать электроды с целлюлозным покрытием для сварки тонкого металла; при наличии зазоров в соединении; для сварки первого слоя шва без подкладки, например, при сварке трубо­

Наиболее часто при сварке в качестве присадочного металла используют сварочную проволоку, полученную либо горячей прокаткой, либо волочением после горячей прокатки. При наплавке наряду с проволокой широко применяют металлическую ленту.

При механизированных способах сварки плавлением проволоку используют в виде непрерывного плавящегося электрода, намотанного на специальные кассеты; при ручной дуговой сварке – в виде прутка определенной длины (300-500 мм) т.е. плавящихся штучных электродов. Обычную сварочную проволоку изготавливают из хорошо деформируемых металлов. Однако, если металл шва должен иметь высокую твердость и исходный присадочный металл плохо деформируется в холодном и горячем состояниях, изготовление проволоки прокаткой или волочением невозможно; дополнительный металл изготавливают литьем в виде присадочных прутков. Используют также специальную порошковую проволоку в виде металлической трубки, внутри которой заложены необходимые сварочные материалы. Для ЭШС наряду с проволочными применяют пластинчатые электроды, изготовляемые из широкополосной ленты или крупногабаритных листов. Порошковая проволока представляет собой трубчатую, часто сложного внутреннего сечения проволоку, заполненную порошкообразным наполнителем. Электроды для дуговой сварки представляют собой стержни длиной до 450 мм, изготовленные из сварочной проволоки, на поверхность которых нанесен слой покрытия различной толщины. В основу классификации электродов по типу положены химический состав наплавленного металла и механические свойства. Для некоторых типов электродов нормируется также содержание в структуре металла шва ферритной фазы, его стойкость против межкристаллитной коррозии и максимальная температура, при которой регламентированы показатели длительной прочности металла шва.

Электроды для контактных машин.

Электроды – сменный рабочий инструмент контактных машин, посредством которого осуществляется контакт машины со свариваемыми деталями.

Электроды в процессе сварки выполняют следующие функции:

• сжимают детали;

• подводят к ним ток;

• отводят теплоту, выделяющуюся в деталях при сварке;

• перемещают детали при (шовной сварке).

К материалам электродов и роликов предъявляются следующие требования:

• высокая теплопроводность;

• высокая электропроводность;

• высокая жаропрочность;

• высокая твёрдость;

• высокая температура рекристаллизации;

• малая склонность к массопереносу.

Основой практически всех электродных сплавов является медь, легированная Cd, Cr, Ag, Co, Ni. Твёрдость и температуру рекристаллизации повышают добавками Ti, Be, Zr, Al, B, Si. С увеличением содержания легирующих элементов уменьшается электропроводность и теплопроводность меди (рис. 6, табл. 2). Поэтому суммарное количество легирующих элементов не превышает 2%.

Для точечной и шовной сварки металлов с высокой электропроводностью и малым сопротивлением деформации (алюминиевые, магниевые, медные сплавы) применяют электродные сплавы с уменьшенным количеством легирующих элементов (область I). Для материалов с низкой электропроводностью и высокой твёрдостью – с большим содержанием легирующих элементов (область II).

При рельефной сварке используют электродные сплавы с наибольшей твёрдостью, но с низкой электропроводностью (20…40% от электропроводности меди). Количество легирующих элементов в этом случае может возрастать до 4% и более.

Набольшей теплопроводностью, но наименьшей твёрдостью и температурой рекристаллизации обладает холоднотянутая медь М1, сплавы БрКд1 (кадмиевая бронза), БрСр (серебряная бронза), их используют для сварки цветных сплавов. Для сварки сталей и титановых сплавов используют дисперсионно твердеющие сплавы Мц5Б, БрХКд, БрХЦр, МЦ2, МЦ4, БрНБТ.

Перспективными являются электроды из спечённых материалов на базе меди с дисперсионным распределением оксидов: Al₂O₃, MgO, BeO (2…3 % по объёму). По характеристикам электропроводности они близки к сплаву БрКд1, но имеют более высокую жаропрочность.