Сварка, газовая резка и пайка металлов

Сварка металлов.Сварка представляет собой технологический процесс получения механически неразъемных соединений металлических изделий путем местного нагрева до плавления или до пластического состояния. С применением сварки изготавливают строительные металлоконструкции для мостов, гидротехнических сооружений, промышленных зданий и сооруже­ний и др.

В зависимости от источника получения тепла, степени нагрева свари­ваемых деталей и технологии ведения процесса сварки ее подразделяют на следующие виды: электрическую (электродуговая, электроконтактная); хи­мическую (газовая, термитная); электрохимическую (атомно-водородная); электромеханическую (кузнечная, давлением); лучевую (лазерная). В строительстве чаще всего применяют ручную электродуговую, газовую и электроконтактную виды сварки.

При электродуговой сварке (рисунки 18.21,18.22 для местного плавления свариваемых деталей используют тепловой эффект электрической дуги,

При втором способе электродом является металлический стержень и он же служит присадочным материалом. Для защиты наплавленного металла от вредного воздействия кислорода и азота воздуха электроды защищаются различными покрытиями. Наиболее простым является смесь жидкого стек­ла и мела. Сварка осуществляется на переменном и постоянном токе. Тем­пература дуги при металлическом электроде составляет 2400–2600 °С. Этот способ является основным в строительстве.

В настоящее время широко применяется автоматическая сварка под слоем флюса (рисунок 18.23). Состав флюса: 43–48 % МnО, 38–43 % SiO₂, 9–10 % CaF₂. Скорость сварки составляет 10–70 м/ч, производительность труда по сравнению с ручной повышается в 5–10 раз, улучшается качество шва.

При электроконтактной сварке к соединяемым изделиям прикладывают­ся механические усилия и пропускается электрический ток напряжением 0,5–10 В. Выделяется большое количество тепла, которое разогревает изде­лия и происходит сварка.

По форме соединений различают следующие виды контактной сварки:стыковую, точечную, шовную или роликовую (рисунок18.24)

Рисунок 18.24 – Виды контактной сварки: а – стыковая, б – точечная, в – шовная, 1 – соеди­няемые детали, 2 – электроды, 3 – сварочный трансформатор, Р – усилие сжатия

При стыковой сварке свариваемые детали соединяются по всей поверхно­сти соприкосновения. Изделия помещают в зажимы машины, прижимают друг к другу и пропускают электрический ток. Концы изделий разогревают до пла­стического состояния металла, затем выполняется их сжатие и сварка. Стыко­вая сварка применяется при сварке арматурной стали, рельсов, полос и пр.

При точечной сварке свариваемые части сжимаются между двумя мед­ными электродами. Электрический ток проходит между электродами и ме­таллом и разогревает его вплоть до температуры плавления в виде пятна в несколько миллиметров (точки). Этот вид сварки применяют при соедине­нии арматурных стержней, листов внахлестку.

При шовной (роликовой) сварке электроды имеют форму роликов диа­метром 40–350 мм, катящихся по изделию. Процесс сварки происходит не­прерывно. Этот вид сварки применяется для соединения листов внахлестку.

При газовой сваркенагрев и расплавление кромок металла осуществ­ляется за счет сгорания горючих газов в кислороде. Для этой цели приме­няют ацетилен, светильный газ, пары бензина, водород. Чаще всего приме­няют ацетилен. Кислород поставляется в баллонах, ацетилен в баллонах или получают на месте воздействием воды на карбид кальция. Смешивание аце­тилена с кислородом осуществляется в горелке. Посредством газового пла­мени (температура 3100 °С) разогревают кромки свариваемых изделий и заполняют сварной шов металлом присадочной проволоки, расплавляемой одновременно с кромками основного металла. В строительстве газовую сварку применяют для сварки труб при монтаже систем газоснабжения, во­доснабжения, отопления.

При газопрессовой сварке металлические изделия разогревают до оплав­ления специальной газовой горелкой и соединяют сжимающим усилием.

Газовая резка.При газовой резке твердый металл прожигают в струе сжатого кислорода, а образующиеся оксиды выдувают струей кислорода. Газовой резке поддаются металлы, у которых температура горения ниже температуры его плавления, чтобы сам металл не плавился, а продукты го­рения были жидкими и могли удаляться из реза. Хорошо поддаются резке железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,7 %. Температура их горения ниже температуры плавления, а при содержании углерода более 0,7 % температура горения приближается к температуре плавления, и эти сплавы плохо поддаются резке. Высоколегированные стали и чугуны не поддаются резке, так как образуются тугоплавкие оксиды. В этом случае применяют кислородно-флюсовую резку. Вдувают специальные порошко­образные флюсы, состоящие чаще всего из железного порошка. При этом в процессе горения флюса образуются легкоплавкие комплексные соединения FeO·SiO₂, FeO × Сг₂О₃ и др. Доступ кислорода к неокисленному металлу вследствие удаления тугоплавких оксидов облегчается.

Для меди и медных сплавов в качестве флюсов применяют фосфорные и в меньшей степени алюминиевые оксиды. Алюминий за счет термитной реакции повышает тепловой эффект.

Пайка металлов.Пайка – процесс соединения материалов в твердом виде припоями. Припои в расплавленном состоянии заполняют зазор между соединениями, смачивают их поверхности, а при охлаждении, кристаллизу­ясь, образуют паяный шов. В результате химических связей в контакте ос­новной металл - припой образуется соединение материалов. Паяный мате­риал и припой нагревают до температуры плавления припоя. Основной ма­териал имеет температуру плавления выше температуры плавления припоя и остается в твердом состоянии.

Пайке поддаются все углеродистые и легированные стали, чугун, медь, никель, алюминий и другие металлы и сплавы.

Чаще всего применяются для пайки оловянно-свинцовые припои. На­пример, припой ПОС-40 содержит олова 40 % и свинца 60 % и имеет ин­тервал плавления 235–183 °С.

Нагрев осуществляется в печах электросопротивления, газопламенных печах паяльниками периодического нагрева или электропаяльниками, в соляных ваннах, в расплаве припоя, газовыми горелками, паяльными лам­пами и др.

18.5.6 Металлы, стали и сплавы, применяемые в строительстве

18.5.6.1 Углеродистые и легированные стали

По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и ле­гированные.

Углеродистые стали являются сплавами железа с углеродом с нормаль­ными примесями марганца, кремния, серы и фосфора.

Легированные стали представляют собой сплавы железа с углеродом с нормальными примесями и легирующими элементами никеля, хрома и др.

По области применения стали подразделяются на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали подразделяются на качественные и обыкновен­ного качества.

Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества подраз­деляется на три группы А, Б и В. К стали группы А предъявляются требова­ния по механическим свойствам, группы Б – по химическому составу и группы В – по механическим свойствам и химическому составу.

В свою очередь, сталь каждой группы делят на категории: группа А - на три; группа Б – на две; группа В – на шесть.

Сталь группы А применяют для изделий, при изготовлении которых не выполняется горячая обработка - сварка, ковка и др. Она сохраняет меха­нические свойства, регламентируемые стандартами. Сталь группы Б применяется для изделий, подвергаемых горячей обработке. При этом свойства ее изменяются. Сталь группы В применяется для изделий, подвергаемых сварке. В зоне сварки свойства металла изменяются.

Механические свойства стали группы А приведены в таблице (18.2)

Таблица 18.2 – Механические свойства стали углеродистой общего назначения

группы А

Сталь углеродистая качественная конструкционная поставляется с га­рантией химического состава и механических свойств. Она содержит серы не более 0,04 % и фосфора не более 0,035 % и отличается несколько более высокими механическими свойствами, чем сталь обыкновенного качества. Она выпускается следующих марок: 05кп, 08кп, 08пс, 08,10кп, 10пс, 10, 11кп, 15кп, 15пс, 15, 18кп, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60. Две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Применяют эту сталь для деталей машин, сварных конструкций.

Инструментальная нелегированная сталь содержит углерода более 0,65 %. Подразделяется на качественную марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У12А, У13А и высококачественную марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А. Она имеет высокую твердость, износостойкость, достаточную проч­ность и пластичность, применяется для режущих, штамповых, мерильных инстру­ментов и технологической оснастки.

Для повышения качества стали в ее состав вводят один или несколько легирующих элементов: хром, марганец, кремний, никель, молибден, вана­дий, алюминий, титан, бор. Хромистая сталь имеет высокую прочность, хорошо сваривается; марганцовистая – повышенную прочность, пластич­ность, свариваемость; хромомарганцевая – повышенную прокаливаемость и прочность; хромокремнистая сталь применяется для деталей, испытываю­щих в процессе эксплуатации знакопеременные нагрузки; хромоникелевая имеет высокую прочность, вязкость, прокаливаемость; хромоалюминиевая -повышенную твердость, износостойкость, выносливость.

Маркировка легированной стали осуществляется по буквенно-цифровой сис­теме. Легирующие элементы обозначаются следующими буквами: С – кремний, Г – марганец, X – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, Р – бор, Т–титан, Ю – алюминий, Ф – ванадий, Ц – цирконий, Б – ниобий, А – азот, Д – медь, К – кобальт. Первыми двумя цифрами обозначается содержание углерода в сотых долях процента для конструкционных сталей и первой одной цифрой – в десятых долях процента – для инструментальных сталей. Содержание леги­рующего элемента боле 1 % после буквы ставится в процентах в целых единицах. Например, сталь 12ХН3А расшифровывается так: легированная сталь с содержа­нием углерода 0,12 %, хрома X – 1 %, никеля Н – 3 %. Буква А в конце указывает на ограничение серы и фосфора до 0,03 %.

В строительстве применяют преимущественно низколегированные стали с содержанием легирующих элементов не более 2,5 %.

Химический состав и механические свойства некоторых легированных сталей приведены в таблице 18.3.

Таблица 18.3–Механические свойства легированных сталей после термической

обработки

В строительстве сталь применяют для изготовления конструкций, устройства кровель, подмостей, ограждения, для армирования железобетона.

Стальные конструкции испытывают разнообразные нагрузки. Колонны работают на сжатие, балки – на растяжение, рельсы воспринимают ударные воздействия.

Строительные конструкции работают в атмосферных условиях при обычных и пониженных температурах. Для их изготовления применяют хорошо свариваемые стали, не снижающие ударную вязкость вблизи свари­ваемого шва, имеющие высокую пластичность, хорошо обрабатывающиеся резанием.

Чугуны

Чугуны являются железоуглеродистыми сплавами с содержанием угле­рода более 2,14 %. Они подразделяются на белые, серые и ковкие.

В белом чугуне весь углерод химически связан с железом в виде цемен­тита Fе_зС. В изломе – белого цвета с характерным блеском. Имеет повы­шенную твердость и хрупкость. Служит полуфабрикатом для переделки в сталь и для получения ковких чугунов.

В серых чугунах углерод полностью или частично находится в свобод­ном состоянии в виде графита. Содержание углерода не превышает 0,8 %. Из-за графитовых пластинчатых включений серый чугун более хрупкий и менее прочный материал по сравнению со сталью. Предел прочности s_в составляет от 100 до 450 МПа, s_и – от 280 до 650 МПа, твердость от – 120 до 289 НВ.

Серый чугун модифицируют добавками SiCa, FeSi, Al, Mg. Графит при­обретает шаровидную форму. Механические свойства чугуна повышаются. Его называют высокопрочным. Предел прочности при растяжении s_в со­ставляет 350–1000 МПа, твердость – 140–360 НВ.

Серые чугуны называют литейными. Из них методом литья изготавли­вают канализационные трубы, тюбинги метрополитена, отопительные ра­диаторы и др.

Ковкие чугуны получают отжигом (томлением) белого чугуна при тем­пературе 900–950 °С. Графит приобретает форму хлопьев, в результате чего пластичность чугуна повышается. Прочность чугуна s_всоставляет 330–600 МПа, твердость – 165–269 НВ.

Их применяют для деталей, подвергающихся ударным и вибрационным нагрузкам (картеры, редукторы, муфты), для некоторых строительных дета­лей (кронштейны, фитинги).

Дата добавления: 2014-09-29; просмотров: 708; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!