Главная » Литература » Технология строительного производства » Глизманенко - Газовая сварка и резка металлов (1969)
Глизманенко - Газовая сварка и резка металлов (1969)
Глизманенко Д. Л.
Газовая сварка и резка металлов. Учебник для индивид, и бригадной подготовки рабочих на производстве. Изд. 5-е, переработ, и доп. М., «Высш. школа», 1969. 304 с. с илл. 250 000 экз. 46 к.
В учебнике кратко описаны основные способы сварки и резки металлов, приведены свойства спариваемых металлов и сварочных материалов, дано описание оборудования и аппаратуры для газовой сварки и резки металлов, технологии газовой сварки и резки, излагаются основные сведения по техническому контролю, организации производства и технике безопасности.
В 5-м издании учебника отражены современные технологические процессы и оборудование для газовой сварки и резки металлов. Из 5-го издания исключен материал по общей технологии металлов, но в книге расширено описание плазменно-дуговой резки.
Книга является учебником для индивидуальной и бригадной подготовки сварщиков на производстве.
ВВЕДЕНИЕ
Сварка в настоящее время является одним из основных высокопроизводительных технологических процессов, применяемых в промышленности и строительстве. Программой КПСС поставлена главная экономическая задача — создать в течение 20 лет материально-техническую базу коммунизма, превратить промышленность СССР в самую совершенную и мощную промышленность мира.
При использовании достижений современной науки сварка позволяет успешно решать многие вопросы развития техники. Развитие сварки оказывает непосредственное влияние на технический уровень важнейших отраслей народного хозяйства.
Партия и правительство уделяют постоянное внимание развитию и внедрению сварки. В решениях ЦК КПСС и Совета Министров СССР указаны следующие основные направления развития сварочного производства в нашей стране: замена клепаных, литых, кованых и других конструкций более экономичными — сварными; ускоренное создание специализированных предприятий и цехов для изготовления сварных конструкций (центросваров); внедрение износостойкой наплавки деталей машин и механизмов; расширение производства сварочного оборудования и материалов; комплексная механизация и автоматизация основных и вспомогательных процессов в сварочном производстве.
За 50 лет Советской власти сварочное производство развилось у нас в крупную самостоятельную отрасль техники. Сварка применяется во всех отраслях народного хозяйства, а в ряде производств она стала основным технологическим процессом. Многие важные технические проблемы сейчас не могут быть решены без применения сварки.
Достигнутые в нашей стране успехи в области автоматизации и механизации сварочных процессов позволили осуществить коренные изменения в технологии строительства и изготовления таких важнейших объектов, как доменные печи и другие металлургические агрегаты, мосты, трубопроводы, суда, вагоны, химическое оборудование, мощные прессы, гидротурбины.
По уровню развития сварочной техники, по качеству и постановке научно-исследовательской работы в области сварки наша страна занимает ведущее место в мире. Об огромной экономической эффективности сварки говорят следующие данные: за семь лет (с 1958 по
Общая экономия, полученная нашей страной благодаря применению сварки и наплавки, составила более 800 млн. руб., при этом сэкономлено свыше 6,7 млн. т металла. В промышленности используются различные способы сварки, позволяющие соединять металлы как очень большой (
Наибольшее распространение в промышленности и строительстве получили способы сварки электрической дуговой (ручной, полуавтоматической и автоматической под флюсом и в защитных газах), а также контактной сварки.
Меньше применяется ручная газовая сварка, используемая преимущественно при ремонтных работах, сварке тонкостенных труб, цветных металлов и чугуна. В ряде отраслей производства (приборостроении, электронной технике, инструментальном деле, новых областях техники) применяются специальные способы сварки — ультразвуковая, электроннолучевая диффузионная сварка в вакууме, плазменная.
В микрорадиоэлектронике применяют новейший способ сварки — лучом лазера, позволяющий успешно сваривать тончайшие волоски и фольгу из самых разнообразных, в том числе и трудносвариваемых материалов: кремния, никеля, тантала, титана, молибдена, меди, алюминия, золота и др.
Основы современных способов сварки были заложены открытиями и изобретениями русских ученых и инженеров. Еще в начале прошлого столетия академик Василий Владимирович Петров предложил использовать тепло открытой им электрической дуги для расплавления металлов. Спустя 80 лет, русские инженеры Николай Николаевич Бенардос и Николай Гаврилович Славянов разработали промышленные способы электрической сварки металлов. Эти способы, значительно усовершенствованные, широко применяются в современной сварочной технике.
Огромный вклад в развитие науки и практики сварки внесли советские ученые, инженеры и передовые рабочие сварщики. Разработанные и применяемые в СССР способы сварки сейчас настолько разнообразны, что позволяют сваривать все металлы, используемые в технике.
Ведущим научно-исследовательским институтом по сварке является у нас Институт электросварки им. Е. О. Патона, координирующий все основные научно-исследовательские работы в области развития сварочного производства в нашей стране, разрабатывающий предложения по дальнейшему внедрению сварки в народное хозяйство, а также организующий широкие исследования по новым способам сварки.
Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда только началось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В тот период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и обеспечивала получение наиболее прочных сварных соединений. В дальнейшем, с созданием и внедрением высококачественных электродов для дуговой сварки, автоматической и полуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов (аргона, гелия и углекислого газа), контактной электросварки и др. газовая сварка была постепенно вытеснена из многих производств этими способами электрической сварки. Тем не менее и до настоящего времени газовая сварка металлов наряду с другими способами сварки широко применяется в народном хозяйстве.
Среди способов газопламенной обработки металлов ведущее место занимает газотермическая резка металлов (кислородная и газодуговая), в которой занято около двух третей рабочих данной области сварочного производства.
Без применения газотермической резки при современном техническом уровне невозможно организовать выпуск ряда важнейших изделий в судостроении, котло- и аппаратостроении, химическом, нефтяном и энергетическом машиностроении и других отраслях производства. В СССР освоены и внедрены в промышленность способы механизированной газовой сварки и газотермической резки — газопрессовая сварка, автоматическая газовая сварка и наплавка с помощью многопламенных горелок, поверхностная кислородная резка, кислородно-флюсовая резка чугуна, нержавеющих сталей и цветных металлов.
Для резки цветных металлов (алюминия, меди) и высоколегированных нержавеющих, кислотоупорных и жаропрочных сталей (хромистых, хромоцикелевых и др.) широко применяют способы газодуговой резки: плазменную, плазменно-дуговую, воздушно-дуговую. Плазменно-дуговая резка позволяет производить чистовую точную разрезку этих металлов с высокими, недостижимыми прежде скоростями, что резко повышает производительность заготовительно-сборочных работ.
Широко используются также процессы, родственные газовой сварке по оборудованию и технологическим приемам, в которых газокислородное пламя служит источником нагрева металла. К таким процессам относятся: газопламенная наплавка, поверхностная закалка, пайка, газопламенная правка изделий, металлизация, напыление пластмасс и эмалей.
Ведущим институтом по процессам и оборудованию газопламенной обработки металлов является Всесоюзный институт автогенного машиностроения (ВНИИАвтогенмаш), основанный в
Несмотря на относительную простоту оборудования и технологии газовой сварки и резки, применение их требует от рабочего усвоения специальных знаний. Поэтому рабочий, готовящийся стать газосварщиком или резчиком, должен хорошо изучить процессы газовой сварки и резки, свойства свариваемых металлов и применяемых при сварке материалов и газов, устройство и правила обращения со сварочной аппаратурой, овладеть техникой сварки различных металлов. Он должен освоить методы работы передовых рабочих — новаторов производства, непрерывно повышать свою квалификацию, стремиться рационализировать процессы сварки и резки, проявляя инициативу и изобретательность, искать новые пути повышения производительности труда, увеличения выпуска продукции, улучшения качества изделий, экономии материалов и снижения себестоимости сварных изделий.
ГЛАВА I
СВАРКА МЕТАЛЛОВ
§ 1
Назначение и преимущества сварки
Сварку применяют для получения неразъемного соединения деталей при изготовлении изделий, машин и сооружений из металла. Прежде для этого преимущественно пользовались клепкой (рис. 1, а). При клепке необходимо просверлить много отверстий, изготовить заклепки, скрепляющие уголки, накладки, косынки и, наконец, склепать изделие из элементов. Это связано с большими затратами металла, рабочей силы и требует больших производственных площадей. Сварное изделие (рис. 1, б) имеет меньший вес, чем клепаное, проще в изготовлении, дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий срок, с меньшей затратой труда и материалов. Сваркой можно изготовлять изделия очень сложной формы, которые прежде удавалось получать только отливкой или кузнечной и механической обработкой.
При изготовлении металлоконструкций сварка дает от 10 до 20% экономии металла по сравнению с клепкой, до 30% по сравнению с литьем из стали и до 50—60% по сравнению с литьем из чугуна.
На рис. 1 показаны также литой (в) и сварной (г) тройники. Экономия металла в сварном тройнике получается от использования вместо чугуна более прочного металла — стали и возможности получения более тонких стенок и фланцев.
Сварные швы обеспечивают высокую надежность {плотность и прочность) резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и давлениях газов, паров и жидкостей. При использовании сварки улучшаются условия труда в металлообрабатывающих цехах, так как резко снижается производственный шум, вызываемый работой клепальных молотков и машин. Сварка широко применяется также при восстановлении и ремонте различных сооружений, машин и наплавке изношенных деталей.
§2
Основные способы сварки
Для возможности сваривания двух частей металла необходимо привести их в такое состояние, чтобы между ними начали действовать междуатомные силы сцепления. Это возможно в случае, если атомы металла сближаются на расстояние менее 4-10~8 см. Такие условия можно создать тремя способами: только сжатием деталей, нагреванием металла до расплавления и нагреванием до пластического состояния с одновременным сжатием деталей.
Первым способом, т. е. одним давлением без нагрева, можно сваривать в отдельных случаях только очень пластичные металлы: алюминий, медь, свинец и др. Это так называемая «холодная» сварка. Второй способ применим для металлов и сплавов, которые способны переходить в пластическое состояние при нагревании до температур, более низких, чем температура плавления (сталь, алюминий и др.). что позволяет производить их сварку в пластическом состоянии путем сжатия двух предварительно нагретых частей металла. При сжатии с поверхностей соприкосновения удаляется (выжимается) пленка окислов и становится возможным взаимное проникание (диффузия) зерен одного куска в зерна другого, что обеспечивает их сваривание. С повышением температуры нагрева требуемая величина усилия сжатия уменьшается.
Третий способ — это сварка плавлением, при которой сжатие деталей не требуется. Этим способом можно сваривать все металлы и сплавы, в том числе такие, которые при нагреве не становятся пластичными, а сразу переходят в жидкое состояние (чугун, бронза, литейные сплавы алюминия и магния и др.).
В промышленности применяются многие способы сварки. По ряду общих признаков их можно разделить на две основные группы: сварка с применением давления и сварка плавлением.
Сварка с применением давления состоит в том, что детали в месте их соединения нагревают до пластического (тестообразного) состояния, а затем сдавливают внешним усилием, в результате чего происходит сварка. К этой группе относятся следующие способы сварки. Холодная сварка (рис. 2, а). Свариваемые детали предварительно сжимаются пуансонами 2, а затем окончательно — пуансонами 3 и свариваются в точке А.
Сжатие осуществляется с помощью механических и гидравлических устройств. Холодная сварка широко используется для соединения алюминиевых проводов и приварки к ним медных наконечников.
Газопрессовая сварка (рис. 2,6). Детали 1 и 2 в месте их соприкосновения нагревают многопламенной горелкой 3 до пластического состояния или до оплавления кромок, а затем сжимают внешним усилием. Этот способ применяют при сварке стержней, полос и труб. Он обеспечивает высокую производительность и качество сварки.
Контактная электрическая сварка. При пропускании электрического тока через свариваемые детали в месте их контакта, вследствие повышенного электрического сопротивления, выделяется большое количество теплоты, нагревающей металл до пластического состояния. Наибольшее применение нашли три основные разновидности этого способа сварки.
Стыковая сварка (рис. 2,в). Стержни 1 и 2 закрепляют в зажимах 3 стыковой сварочной машины. Через стержни пропускают ток от трансформатора 4 и концы стержней сближают. В плоскости контакта 5 стержни быстро нагреваются до сварочной температуры, затем ток выключают и стержни сжимают. Стыковую сварку производят или по методу сопротивления, нагревая стержни только до температуры пластического состояния, или оплавлением, нагревая концы стержней до начала плавления и потом сжимая их. Последний способ дает более высококачественную сварку, так как с жидким металлом из стыка выдавливаются окислы и шлаки, препятствующие сварке.
Стыковую сварку применяют при сварке стержней, рельсов, труб, цепей, сверл, резцов, штампованных элементов и в других случаях.
Точечная сварка (рис. 2,г). Листы 1 и 2 зажимают внахлестку между медными электродами 3 точечной сварочной .машины. Через электроды пропускают ток от трансформатора 4. Металл между электродами сильно разогревается вследствие повышенного сопротивления прохождению тока в данном месте. Затем ток выключают и сжимают электродами металл, в результате чего образуется сварная точка б, соединяющая оба листа. Точечную сварку широко применяют при массовом изготовлении изделий из тонколистового металла.
При изготовлении цельнометаллических вагонов, кузовов автомобилей и др. используют различные способы точечной сварки: рельефную (прессовую), автоматическую, многоточечную, одностороннюю точечную.
Шовная (роликовая) сварка (рис. 2,д) производится на специальных линейно-роликовых машинах, у которых электродом служат ролики 3. При роликовой сварке листов 1 и 2 образуется сплошной шов 5. Линейную сварку широко применяют при массовом производстве изделий из тонкого металла (толщиной 1,5—2 мм). Сварочный ток к роликам поступает от трансформатора 4.
Для сварки продольными швами тонкостенных труб применяют линейно-стыковую сварку, осуществляемую на специальных трубосварочных станках-автоматах непрерывного действия.
Кузнечная сварка. Спариваемые части нагревают в горне или печи до температуры пластического состояния (для низкоуглеродистой стали 1100—1200°С), накладывают одну на другую и проковывают под молотом, в результате чего они свариваются.
В настоящее время ручная кузнечная сварка применяется редко и только в отдельных случаях производства ремонтных работ. Находит промышленное применение механизированная кузнечная сварка, при которой для нагревания используется пламя водяного, природного или сжиженного газа. Для сжатия свариваемых частей используют роликовые механизмы с пневматическим или гидравлическим усилием.
Сварка трением предложена впервые в СССР в
Промежуточное положение между сваркой давлением и сваркой плавлением занимает термитная сварка (рис. 2,е). Над местом соединения стержней 3 помещают тигель 1 с термитом 2 — смесью алюминия и окиси железа; эту смесь поджигают с помощью запального порошка.
Вокруг стыка ставят огнеупорную форму 4. Перегретое расплавленное железо, образующееся при реакции сгорания термита, стекает в стык и расплавляет концы свариваемых стержней, которые затем сжимают внешним усилием специального пресса. Способ применяют для сварки стыков трамвайных рельсов и стержней большого сечения (валов и других деталей).
Сварка плавлением осуществляется нагреванием металла в месте сварки до расплавленного (жидкого) состояния без применения давления, с добавлением или без добавления присадочного расплавленного металла.
Наибольшее применение нашли следующие способы сварки плавлением. Дуговая сварка (рис. 3). Электрический ток подводится к свариваемому металлу и электрододержателю, в котором зажат электрод. При небольшом расстоянии между электродом и металлом образуется электрическая дуга, расплавляющая свариваемый металл и конец электрода.