понятием свариваемости. Свариваемость в ряде случаев можно оценить и количественно, например сравнением некоторых свойств сварных соединений и исходного металла.

Для каждого конкретного металла можно найти некоторый оптимальный режим - наиболее благоприятную программу нагрева и напряженного состояния, которая обеспечила бы получение соединений заданных размеров и наилучшую свариваемость. Рекомендуемые минимальные размеры соединений (граница непровара), выполненных точечной и шовной сваркой, приведены в табл. 3. Номинальные размеры соединений, устанавливаемые при выборе режима, должны быть на 15-20% больше минимальных с учетом колебаний значений параметров режима и технологических факторов.

3. Размеры соединений при точечной и шовной сварке, мм

Величину проплавления в этом случае определяют для каждой из деталей отдельно. Она должна находиться в пределах 30-80% б. При сварке деталей разной толщины минимальное проплавление тонкой детали должно быть не менее 20% б.

При рельефной сварке могут быть использованы как одиночные рельефы, так и рельефы замкнутой формы для получения плотных соединений. Наиболее распространены круглые рельефы, при этом диаметр основания рельефа составляет ориентировочно 26 + 0,75 мм, а его высота 0,4б -j- 0,25 мм [3].

При стыковой сварке для равномерного нагрева и деформации обеих заготовок форма и сечение их должны быть приблизительно одинаковы, а разность в диаметрах не превышает 15% и в толщине 10% [6,8]. В общем случае для определения оптимальной программы необходимо учитывать следующие факторы (табл. 4): особенности способа сварки; физико-химические и механические свойства сплава; чувствительность металла к ТМВ; свойства поверхностных пленок.

Специфика контактной сварки заключается в следующем:

химический состав зоны соединения не изменяется (точечная и шовная сварка) или изменяется незначительно (стыковая сварка);

высокое давление, действующее на металл, практически исключает образование пористости;

возможность в широких пределах управлять давлением позволяет создавать благоприятное напряженное состояние и избегать образования трещин;

и а о в

X Z S X i

, л о* f- S- se g

в S-

12 go

* о.са Я *

S я и S СЧ

as as is: ч

£-1

is <=-о

§

&

>> а,

о Irt

ю о

я о

о. о

S

3 о S а v ао о а

о а Ч

§

X и га S

<и

15 Ц

оо О

3 п я

значительная степень деформации облегчает разрушение и удаление окисных пленок;

контактной сваркой легко соединяются лишь однородные металлы или сплавы на одной основе.

Величина удельного электросопротивления ро при комнатной температуре в значительной мере определяет необходимую силу сварочного тока. Коэффициенты тепло- и температуропроводности оказывают влияние на ширину зоны термического влияния, вероятность кристаллизации металла в процессе оплавления, температуру в контакте электрод - деталь и т. п. Степень теплопередачи снижается на жестких режимах сварки.

С увеличением коэффициентов линейного расширения и температуропроводности повышается склонность металла к короблению. Степень коробления снижается при сварке с ковочным усилием.

Предел текучести и другие показатели пластичности, например сужение фт. определяют развитие пластической деформации и тем самым склонность к выплеску, полноту удаления окисных пленок и вероятность непроваров при стыковой сварке. Степень пластической деформации повышается с ростом усилия и длительности нагрева.

Чувствительность к термомеханическому циклу определяется составом сплава и типом диаграммы состояния.

Термомеханическое воздействие на металл может быть в значительной мере снижено за счет рационального построения режимов по току и усилию с применением последующей термообработки в машине, использованием защитных сред и т. п.

Высокая температура плавления и плотность пленок затрудняют их удаление при формировании электрического и физического контактов, особенно когда металл находится в твердом состоянии. Наличие влаги в гидроокисных пленках, продуктах коррозии приводит к дополнительному окислению металла, вызывая образование непроваров и повышенный износ электродов. Влияние пленок на процесс сварки может быть уменьшено путем увеличения деформации металла, тщательной подготовки поверхностей деталей перед сваркой, нагревом в инертной или восстановительной атмосферах. Особенности контактной сварки позволяют определить принципы построения режимов соединения различных конструкционных материалов.

Низкоуглеродистая сталь хорошо сваривается при относительно небольших токах и усилиях. Она отличается малой чувствительностью к ТМВ, узким интервалом кристаллизации и поэтому может свариваться точечной сваркой при постоянном усилии одним импульсом тока малой длительности.

В промышленности используют низкоуглеродистую сталь с различными покрытиями, улучшающими в основном коррозионную стойкость металла (например, оцинкованную, освинцованную, алитированную и хромированную сталь, а также сталь с фосфатными покрытиями). Мягкие покрытия снижают сопротивление деформации металла, что вызывает необходимость повышения сварочного тока (на 20-50%) по сравнению с точечной сваркой обычной стали. Основная трудность сварки материалов с такими покрытиями заключается в активном взаимодействии электродного и свариваемого металлов, что приводит к снижению коррозионной стойкости соединений и быстрому износу электродов, особенно при сварке оцинкованной и освинцованной стали. Свариваемость улучшается при сварке на жестких режимах, уменьшении толщины покрытий, интенсивном охлаждении электродов (например, жидкими газами) и т. п. Удовлетворительные результаты достигаются и при рельефной сварке. Сварка фосфатированной стали возможна, если толщина покрытия не превышает 5---7 мкм. Для разрушения пленки в контактах рекомендуется использовать электроды со сферической рабочей поверхностью [3].

Стыковая сварка низкоуглеродистой стали производится на воздухе, а окислы легко удаляются из стыка при сравнительно невысоких давлениях и скоростях

осадки. Соединения обладают достаточной прочностью и пластичностью и не требуют последующей термообработки.

Низколегированная и углеродистая сталь характеризуется высоким сопротивлением пластической деформации, значительным интервалом кристаллизации и склонностью к закалке, что вызывает существенное снижение пластичности металла и образование трещин. Сила тока, как и в предыдущем случае, относительно невелика.

Сварочные усилия и усилия осадки в 1,5-2 раза больше, чем при соединении металлов предыдущей группы. При этом заметно повышаются скорость оплавления и осадки деталей. Для предупреждения трещин в ядре рекомендуется ковочное усилие при толщине деталей > 1,5 мм. Снижение сопротивления деформации и склонности к образованию трещин достигается при относительно медленном нагреве и охлаждении зоны соединения. С этой целью при точечной и шовной сварке используются мягкие режимы сварки, модуляция тока или многоимпульсный режим (например, два или три импульса), а при стыковой сварке - предварительный подогрев и последующая термообработка как в самой машине, так и с помощью других нагревательных устройств.

Коррозионные и жаропрочные стали и сплавы отличаются высоким электрическим сопротивлением и малой теплопроводностью. Поэтому силы токов значительно меньше (в 1,5-2 раза), чем при соединении сталей, а ширина зоны термического влияния относительно невелика. Повышенное сопротивление деформации этих металлов при высоких температурах вызывает необходимость применения больших усилий и мягких режимов сварки. Возможность образования тугоплавких окислов снижается при повышенных скоростях оплавления и осадки.

Титановые сплавы - относительно пластичные металлы с низкой электро- и теплопроводностью, весьма активные по отношению к газам, содержащимся в атмосфере. По аналогии с металлами предыдущей группы сила сварочного тока невелика, а величины усилий и длительность нагрева приблизительно такие же, как при сварке низкоуглеродистых сталей. Достаточно надежная защита при стыковой сварке достигается интенсивным оплавлением. В ряде случаев используют сварку в инертных средах. Термически упрочняемые сплавы, воспринимающие закалку, иногда требуют последующей термообработки.

Алюминиевые и магниевые сплавы характерны высокой теплопроводностью, малым электрическим сопротивлением и наличием на поверхности тугоплавкой окисной пленки. Точечная и шовная сварка производится на жестких режимах при больших силах тока. Легированные алюминиевые и магниевые сплавы отличаются широким интервалом кристаллизации, что требует использования ковочного усилия, начиная с толщин 1,5-2 мм. Поверхности деталей тщательно обрабатывают для удаления толстых окисных пленок в целях предотвращения конечного выплеска. Иногда, например при сварке сплава АМгб толщиной свыше 2,5-3 мм, с поверхности удаляется слой плакировки для исключения непроваров. Указанные металлы, особенно магниевые сплавы, весьма чувствительны к массопереносу в контакте электрод - деталь, что вызывает необходимость частой зачистки поверхности электродов и роликов.

Алюминиевые сплавы соединяют и стыковой сваркой оплавлением. Процесс проводится при больших скоростях оплавления и осадки (до 150 мм/с). Усилия осадки в 3-4 раза больше, чем при сварке низкоуглеродистой стали [5, 8].

Медные сплавы. Точечную и шовную сварку производят при больших силах тока и малом времени его протекания, что позволяет уменьшить интенсивность массопереноса в контакте и износ электродов. Особые трудности возникают при сварке чистой меди. В этом случае рекомендуется наряду с жесткими режимами использовать электроды из вольфрама или кирита [8]. Стыковую сварку этих металлов производят при больших скоростях оплавления и осадки, что также благоприятно сказывается на уменьшении испарения цинка в латуни.

Тугоплавкие металлы (ниобий, тантал, цирконий и их сплавы) удовлетворительно соединяются точечной сваркой. При сварке молибдена и воль-

фрама, отличающихся высокой теплопроводностью, температуры в контакте электрод - деталь превышают меди. Предложен ряд оригинальных технологических приемов, снижающих температуру на поверхности деталей [8], но, очевидно, в промышленном масштабе проблема точечной и шовной сварки этих металлов пока не решена. Однако молибден и вольфрам можно соединять стыковой сваркой [5].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Балковец Д. С, Орлов Б. Д., Чулошников П. Л. Точечная и роликовая сварка специальных сталей и сплавов. М., Оборонгиз, 1957, 430 с.

2. Гельман А. С. Основы сварки давлением. М., Машиностроение , 1970, 312 с.

3. Гуляев А. И. Технология точечной и рельефной сварки сталей. М., Машиностроение , 1969, 239 с.

4. Зайчик Л. В., Орлов Б. Д., Чулошников П. Л. Контактная электросварка легких сплавов. М., Машгиз, 1963, 219 с.

5. Кабанов Н, С, Слепак Э. С. Технология стыковой контактной сварки. М., Машиностроение , 1970, 264 с.

6. Кучук-Яценко С. И., Лебедев В. К. Контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением. Киев, Наукова думка , 1965, 139 с.

7. Патон Б. е., Лебедев В. К. Электрооборудование для контактной сварки. М., Машиностроение , 1969, 440 с.

8. Технология и оборудование контактной сварки. М., Машиностроение , 1975, 535 с. Авт.: Б. Д. Орлов, Ю. В. Дмитриев, А. А. Чакалев и др.

9. Чулошников П. Л. Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов. М., Машиностроение , 1974, 232 с.

10. Шавырин В. Н., Андреев Н. X. Клеемеханические соединения в технике. М., Машиностроение , 1968, 300 с.

Глава 8

РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

ГАЗОПЛАМЕННАЯ СВАРКА И КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА

Газопламенная сварка. Газовым пламенем при помощи газовой горелки можно производить сварку плавлением черных и цветных металлов, наплавку твердых и цветных сплавов, правку, пайку, огневую зачистку поверхности и другие операции.

Сварочное пламя и его свойства. Сварочное пламя получают при сжигании газообразных горючих или паров жидких топлив в технически чистом кислороде.

Горючие, применяемые для газовой сварки (табл. 1), представляют собой углеводороды или их смеси с другими газами (С2Н2, СН4, QHg, CioHg и др.) или пары бензина и керосина.

Сгорание горючих в смеси с кислородом сопровождается развитием различных температур пламени, степени концентрированности, выделяющейся теплоты, разного газового состава пламени и его воздействия на металл.

Сварочное пламя - это объем, в пределах которого происходит реакция горения. В пределах этого объема находится зона, ограниченная с одной стороны исходной смесью, с другой - продуктами реакции. В зависимости от условий протекания реакции зона может перемещаться в сторону продуктов реакции или в сторону исходной смеси.

Скорость потока исходной горючей смеси устанавливается такой, чтобы при зажигании и горении пламя не могло проникнуть внутрь канала мундштука (скорость потока мала) или оторваться от сопла мундштука (скорость потока слишком велика).

При сварке объем кислорода, подаваемый в смесь, меньше, чем необходимый для полного сгорания. Догорание газов происходит за счет кислорода воздуха, вследствие этого пламя в различных частях факела неоднородно по теплофизичес-КИМ параметрам.

В ацетилен о-кислородном пламени различают три зоны: внутренний конус (ядро), опирающийся основанием на выходное отверстие мундштука горелки, внутреннюю зону и факел пламени, представляющий видимый объем светящихся газов. Поверхность ядра очерчена тонким светящимся слоем газовой смеси, в котором происходит ее воспламенение, где противоположно направленные скорости движения газовой смеси и горения равны. Малые скорости движения газов у стенки канала мундштука определяют источник зажигания потока смеси.

Размеры и форма сварочного пламени зависят от величины и скоросхи распространения реакции горения в газовом объеме, которая для различных горючих неодинакова.

Ацетилено-кислородная смесь имеет скорость распространения горения > 10-13 м/с, а смесь заменителей ацетилена с кислородом 7 м/с. Поэтому при одинаковых соотношениях скоростей истечения и распространения горения пламя у заменителей ацетилена (пропан-бутана, природного газа, керосина и др.) длиннее, чем у ацетилена. Кроме того, меньшая скорость горения и является причиной того, что количество передаваемой теплоты на единицу площади сечения сопла горелки и концентрация теплоты на нагреваемой поверхности соответственно уменьшаются. Для получения одинаковой эффективной мощности пламени необ-