/
Text
ГАЗОПЛАМЕННАЯ
ОБРАБОТКА.
МЕТАЛЛОВ
Г. А. АСИНОВСКАЯ, Н. М. ЗЕЛИКОВСКАЯ, А. И. КОРОВИН,
Г. А. КРАВЕЦКИЙ, И. А. НЕМКОВСКИЙ, Д. М. ОФИЦЕРОВ,
Д. И. ТЕСМЕНИЦКИЙ, М. М. ФИШКИС, И. С. ШАПИРО
ГАЗОПЛАМЕННАЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Под редакцией канд. техн, наук Д. Л. ГЛИЗМАНЕНК.0
Одобрено Ученым советом
Государственного комитета Совета Министров СССР
по профессионально-техническому образованию
в качестве учебного пособия
для курсов инструкторов по внедрению
в народное хозяйство передовых методов сварки
и наплавки металлов
ВСЕСОЮЗНОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ПРОФТЕХИЗДАТ
Москва 1962
В книге изложены следующие вопросы газо-
пламенной обработки металлов: оборудование
для производства ацетилена; аппаратура для пи-
тания сварочных постов ацетиленом и газами—за-
менителями; оборудование и технология газовой
сварки; наплавки и газопрессовой сварки; обору-
дование и технология разделительной и поверх-
ностной кислородной и кислородно-флюсовой рез-
ки; оборудование и технология газоэлектричес-
кой резки; методы газопламенной правки; обору-
дование и технология пламенной поверхностной
закалки; аппаратура, оборудование и технология
металлизации распылением с нагревом газовым
пламенем; нанесение покрытий из пластмасс спо-
собом газопламенного напыления; сварка пласт-
масс; техника безопасности при газопламенной
обработке металлов.
Книга является учебным пособием для кур-
сов инструкторов по внедрению в народное хо-
зяйство передовых методов сварки и наплавки
металлов.
Все отзывы и замечания по книге просим на-
правлять по адресу: Москва, Центр, Хохловский
пер., 7, Профтехиздат.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Решения XXII съезда КПСС о создании материально-техни-
ческой базы коммунизма в нашей стране ставят перед работни-
ками сварочного производства большие и ответственные задачи
в области повышения производительности труда при сварке и
резке металлов на основе широкого внедрения современных пе-
редовых технологических процессов и новой техники.
Газопламенная обработка металлов является одной из важ-
ных областей сварочного производства, охватывающей такие
распространенные в промышленности технологические процес-
сы, как газовая сварка и наплавка, газовая и газоэлектрическая
резка, правка с применением газопламенного нагрева, пламен-
ная поверхностная закалка, металлизация, сварка пластмасс,
напыление пластмасс. Эти процессы, .часть из которых возникли,
развились и внедрены в производство лишь в последние годы,
являются современными прогрессивными технологическими про-
цессами, во много раз ускоряющие и удешевляющие обработку
металла и изготовление металлоконструкций и изделий. Широ-
кое внедрение их в промышленность позволит значительно по-
высить производительность труда в области сварочного произ-
водства на заводах и стройках нашей Родины.
Важным средством для ускорения внедрения перечисленных
выше процессов в народное хозяйство является широкое исполь-
зование газов — заменителей ацетилена, высокая стоимость ко-
торого до сих пор являлась одной из причин, сдерживающих
развитие газопламенной обработки в условиях производства.
Настоящая книга является учебным пособием для курсов
инструкторов по внедрению в народное хозяйство передовых
методов сварки и наплавки металлов. По вопросам газопламен-
ной обработки металлов написано и выпущено значительное
количество книг и учебных пособий для разных групп читателей.
Однако пользование существующей учебной литературой вызы-
вает ряд серьезных затруднений, поскольку содержащиеся в них
сведения рассредоточены по различным изданиям, а изложение
соответствующих вопросов в ряде случаев не отвечает методике
преподавания и уровню подготовки учащихся курсов.
3
Настоящее учебное пособие отвечает учебному плану, мето-
дике и программе курсов инструкторов и составлено коллекти-
вом работников, связанных в своей практической работе с дея-
тельностью ведущего института в области газопламенных
процессов обработки металлов — Всесоюзного научно-иссле-
довательского института автогенной обработки металлов
(ВНИИАВТОГЕН). В книге нашли отражение современные
данные по передовой технологии газопламенной обработки.
Данное учебное пособие окажет существенную помощь в деле
подготовки соответствующих кадров инструкторов, а также бу-
дет весьма полезным и для практических работников сварочно-
го производства на предприятиях и стройках.
Книга состоит из семи разделов.
В разделе первом (авторы Д. И. Тесменицкий и Д. М. Офи-
церов) рассматриваются газы и аппаратура для газопитания.
Раздел второй (авторы Г. А. Асиновская и Н. М. Зеликов-
ская) содержит вопросы сварки и наплавки металлов.
В третьем разделе описывается газовая (автор Г. А. Кравец-
кий), а в четвертом — газоэлектрическая (автор И. С. Шапиро)
резка металлов.
Раздел пятый посвящен газопламенной правке (автор
М.М. Фишкис).
В разделе шестом освещаются методы'пламенной поверхно-
стной закалки (автор А. И. Коровин), а в разделе седьмом
(автор И. А. Немковский) вопросы металлизации, сварки пласт-
масс, нанесения пластмасс способом напыления.
В каждом разделе имеется глава, в которой излагаются пра-
вила техники безопасности для определенного способа газопла-
менной обработки металлов.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ГАЗЫ И АППАРАТУРА ГАЗОПИТАНИЯ
ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Глава 1
ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В качестве горючих при газопламенной обработке металлов
чаще всего используют газообразные или жидкие углеводороды
и водород. Наибольшее распространение получил ацетилен, ос-
новном преимуществом которого является высокая температура
пламени, достигающая 3200°. (Свойства ацетилена подробно
описываются в главе II.).
Однако столь высокая температура необходима только при
газовой сварке и наплавке сталей, когда требуется такое пламя,
у которого температура в сварочной зоне значительно превыша-
ет температуру плавления металла.
При газовой сварке сталей толщиной до 3—4 мм, а также
при сварке чугуна, латуни, легких сплавов и пайке с успехом
могут применяться другие газы — заменители ацетилена, имею-
щие температуру пламени 2000—2200°. Заменители ацетилена
могут также использоваться при кислородной разделительной и
поверхностной резке, требующей от подогревающего пламени от-
носительно небольшого количества тепла, основное количество
которого поступает за счет сгорания самого металла. Степень
пригодности и условия использования горючих для сварки и рез-
ки определяются следующими их свойствами:
1) температурой пламени при сгорании в смеси с кислоро-
дом:
2) низшей теплотворной способностью;
3) количеством кислорода, потребного для образования сва-
рочного пламени;
5
а
s
ч
ю
Г.
Горючие газы, применяемые для газопламенной обработки металлов
Пределы взры- ваемости с кислородом, °1о по объему 2,3—93,0 2,6—93,0 5,0—59,2 2,1—28,4
3 ч зГ Ю о 00
2 * о о — СП со ю
х чэ 00 00 — СП О 1О
3 о >1 о Rf 1 1 1 1 1
Ч Я ф ф го © О е СЧ 1 1 со о сч ь- СО rof
Rf ГО ф со М о оГ СО t'' сч” —
сч
Е о
го м ф
X
J3 с 2
го О 1 > < » о о ("ГО
ГО Ь- «т? о ( 1 с > LO Ю f~*TO ।
. s О. ф Q — сч 00 О тЩ 1
S 2 и Е у Ч со со сч — сч СЧ
id S
ГО Ф ГО
S н сь
< 6 « чэ о. ла- мЪ х,
U сх X
о О «-5 гго о о о о о
а а « t S 4J ю СП о Ю LQ
® « о х * S « сч о СО ь-
о гг! ” Л . « ю —< со сч
Ч ф sS Ч X « U
Е —' ф 5 х 5
° 2 £ Ь 2 § ф ч.
6 >
ч о ч
с с « Ф ф ® н W 2 Ы го о S Е ® Ч - -х - И Й СО 5 ООО S 8 ю ю ю 8 © о Ю ° 1 о ю 1
ГО О.'О s СО СЧ •’f 00 о
а © о го аз о К н Е Q £ § * сч >--1
ю
00
00
Г
сч
6
4) теплом, выделяющимся в рабочей зоне нормального пла-
мени;
5) удельным весом;
6) удобством и безопасностью при получении, транспорти-
ровке и использовании.
Основные свойства горючих газов приведены в табл. 1.
Отношение расхода горючего газа — заменителя ацетилена
к расходу ацетилена, необходимое для получения одинаковой
тепловой мощности пламени, называется коэффициентом за-
мены.
2. ВОДОРОД
При обычных условиях водород представляет собрй газ без
цвета и запаха. Технический водород получают в промышлен-
ности электролизом воды, методом глубокого охлаждения газо-
вых смесей, содержащих водород, разложением водяного пара
при пропускании его через слой раскаленного железа, а также
из водяного газа путем окисления содержащейся в нем окиси
углерода водяным паром в присутствии катализатора.
Температура сжижения водорода — 253°.
Теоретически для полного сгорания 1 м3 водорода требует-
ся 0,5 м3 кислорода. Практически в горелку на 1 м3 водорода
подается 0,25 м3 кислорода.
Максимальная скорость воспламенения смеси водорода и
кислорода 9 м)сек при соотношении Ог:Н2 = 0,5: 1.
Водородное пламя несветящееся и его зоны не имеют четких
границ. Коэффициент замены ацетилена водородом равен при-
близительно 5.
Водород хранится и транспортируется в стальных баллонах
под давлением 150 кгс/см2.
При работе с водородом необходимо обращать особое вни-
мание на герметичность аппаратуры и коммуникаций, так как
он способен проникать через малейшие неплотности.
Применяется водород для сварки сталей толщиной до 2 мм,
чугуна, алюминия и его сплавов, а также для резки металлов.
3. КОКСОВЫЙ ГАЗ
Коксовый газ представляет собой смесь газообразных про-
дуктов сухой перегонки каменного угля и имеет следующий
средний состав: 40—60% водорода, 20—30% метана, 5—12%
окиси углерода, около 3% насыщенных и тяжелых углеводоро-
дов, 1,5—14% азота, 2—3% углекислого газа, до 1% кисло-
рода.
Состав коксового газа изменяется в зависимости от сорта
7
коксуемых углей и режима коксования. Коксовый газ бесцве-
тен и имеет запах сероводорода. У него сравнительно низкая
теплотворная способность, однако он находит широкое примене-
ние в качестве заменителя ацетилена. Количество кислорода,
необходимое для полного сгорания коксового газа, равно
0,9 Л43/л13. Практически для получения нормального пламени в
горелку подается 0,6 м3!м3. Коэффициент замены ацетилена для
коксового газа равен 3,2. Транспортировка коксового газа осу-
ществляется по газопроводам, а также в стальных баллонах под
давлением 150 кгс/см3. Хранится коксовый газ в газгольдерах и
стальных баллонах. Коксовый газ применяется для пайки и рез-
ки металлов.
4. ПРИРОДНЫЙ ГАЗ (МЕТАН)
Природные газы за последние годы стали одним из наибо-
лее распространенных видов горючих для газовой резки и дру-
гих видов газопламенной обработки. При нормальных темпера-
туре и давлении они представляют собой бесцветный газ с лег-
ким запахом чеснока.
Природные газы большинства месторождений состоят в ос-
новном из метана (до 75—95%) с примесью этана, пропана и
бутана. Метан может быть получен также из коксового газа ме-
тодом глубокого охлаждения. Температура его сжижения—158°.
Температура воспламенения 340°. Для полного сжигания
1 .и3 метана требуется 2 м3 кислорода. Для получения нормаль-
ного пламени в горелку подается 1 м3 кислорода на 1 м3 газа;
остальное количество кислорода поступает из воздуха.
Максимальная скорость воспламенения смеси природного
газа с кислородом 3,5 м/сек.
Коэффициент замены ацетилена для природного газа ра-
вен 1,6.
Транспортировка природного газа осуществляется по трубо-
проводам, а также в баллонах под давлением 150 кгс/см3.
5. СЖИЖЕННЫЕ НЕФТЯНЫЕ ГАЗЫ
К сжиженным нефтяным газам относят пропан (СзНв), со-
держащий примесь бутана (С4Н10) в количестве от 5 до 30%.
Обычно такой газ называют пропано-бутановой смесью или тех-
ническим пропаном.
Пропано-бутановые смеси за последнее время получили ши-
рокое применение при газопламенной обработке металлов в ка-
честве заменителей ацетилена. Пропан, бутан и их смеси полу-
чают при переработке нефти и нефтепродуктов, а также в виде
8
побочного продукта при сжижении природного газа. Техниче-
ский пропан бесцветен и имеет специфичный запах.
Плотность газа по отношению к воздуху 1,5. Пропано-бута-
новые смеси сжижаются под небольшим давлением. При атмос-
ферном давлении смесь переходит в жидкое состояние при тем-
пературе около —40°. При испарении 1 кг жидкого пропана
получается 0,535 м3 паров, а при испарении того же количества
бутана — 0,406 м3.
В табл. 2 приведены величины давлений и соответствующие
им температуры сжижения нефтяных газов.
Таблица 2
Условия перехода нефтяных газов в жидкое состояние
Температура, град Давление, при котором газ переходит в жидкое состояние, кгс/см^
Пропан Бутан
—20 2,7 0,45
-10 3,7 0,68
0 4,8 0,96
+ 10 6,4 1.5
+20 8,5 2,1
+40 14,3 3,9
Температура воспламенения пропана в воздухе 530—570°.
Для полного сгорания 1 м3 газа требуется 5 лг3 кислорода.
В горелку для получения нормального пламени подается 1,75 м3
кислорода на 1 м3 горючего газа. Коэффициент замены ацети-
л-ена пропаном равен 0,6.
Скорость воспламенения смеси пропана с кислородом
3,6-?3.8 м/сек при отношении О2: С3Н8 от 6: 1 до 10 : 1.
Пропано-бутановая смесь тяжелее воздуха и поэтому может
скапливаться в нижних слоях атмосферы и углублениях, созда-
вая там взрывоопасную концентрацию. Пропано-бутановая смесь
транспортируется в стальных сварных баллонах емкостью
40 и 55 кг или в цистернах емкостью 50 т сжиженного газа под
давлением 16 кгс!см\ При этом давлении пропан находится в
жидком состоянии.
Отбор газа может производиться непосредственно из паро-
вой фазы баллона при температуре окружающей среды до +8°.
При более низких температурах окружающей среды необходимо
отбор газа производить из жидкой фазы. Для этого нужно пере-
вернуть баллон вентилем вниз. При отборе из жидкой фазы не-
обходимо ставить добавочный испаритель для сжиженного газа.
9
По величине давления пропано-бутановых смесей нельзя су-
дить о их количестве в баллоне, так как упругость паров (дав-
ление) сжиженного газа данного состава зависит только от
температуры.
До тех пор, пока в баллоне будет находиться какое-нибудь
количество сжиженного газа, давление его паров при данной
температуре будет почти неизменно. Упругость паров пропана,
бутана и их смесей резко возрастает с повышением температу-
ры. Пропан и бутан имеют значительный коэффициент объем-
ного расширения, поэтому в баллоне с пропаном или пропана-
бутановой смесью необходимо иметь объем паровой подушки,
достаточный для вмещения жидкости, расширившейся при по-
вышении температуры. Баллон наполняется жидким пропаном
из расчета 0,425 кг/л емкости.
Технический пропан применяется для пайки черных и цвет-
ных металлов, поверхностной закалки, а также для сварки чу-
гуна, стали толщиной 4—6 мм и легких металлов.
6. БЕНЗИН И КЕРОСИН
Бензин и керосин получают из нефти. При газопламенной
обработке бензин и керосин используются в виде паров, для че-
го резаки и горелки снабжаются специальными испарителями.
Температура пламени керосина в смеси с кислородом ниже,
чем бензокислородного, однако вполне достаточна для обеспе-
чения качественной резки металлов.
Для замены 1 л3 ацетилена нужно израсходовать 1,3 кг
керосина, чтобы получить пламя одинаковой тепловой мощ-
ности.
Бензин и керосин подаются в горелку при газопламенной
обработке металлов из специального бачка с насосом, который
создает давление в бачке до 2—3 кгс!см2.
Глава II
АЦЕТИЛЕН
Ацетилен как горючий газ может быть использован для лю-
бого вида газопламенной обработки металлов. Для производ-
ства многих сложных работ по газовой сварке стали может
быть использован только ацетилен, обладающий наиболее вы-
сокой температурой пламени при сгорании в смеси с кислоро-
дом.
В настоящее время ацетилен для газопламенной обработки
металлов преимущественно получают из карбида кальция.
10
1. КАРБИД КАЛЬЦИЯ
Карбид кальция является твердым веществом темно-серого
или темно-коричневого цвета. Карбид кальция получают в элек-
трических печах при температуре 1900—2300° путем сплавления
обожженной извести с коксом или антрацитом. Для получения
1 т технического карбида кальция расходуется до 4000 кет
электроэнергии (в зависимости от мощности печи), 4000 кг из-
вести и 600 кг кокса. Расплавленный карбид периодически вы-
пускается в изложницы, в которых застывает, а затем дробится
в щековых дробилках и сортируется в решетчатых барабанах
на куски различной величины согласно ГОСТ 1460—56.
Выход кусков различных размеров при дроблении карбида
приведен ниже:
Грануляция карбида
кальция, мм........ 25—80 15—25 8—15 2—8 до 2
Выход. % . . . 66—80 8—10 6—14 4,5—6,5 1,5—3,0
Из приведенных данных видно, что выход карбида с разме-
рами кусков менее 8 мм составляет около 6—9%.
Примеси, содержащиеся в исходных материалах, применяе-
мых для производства карбида кальция, ухудшают его качест-
во. Особенно вредными являются фосфор и сера, которые пере-
ходят в карбид кальция в виде фосфористых и сернистых
соединений кальция, а при разложении карбида попадают в
ацетилен в виде фосфористого водорода и сереводорода.
Применяемый в промышленности технический карбид каль-
ция содержит в среднем 70% чистого карбида кальция, 24% из-
вести и до 6% прочих примесей.
Удельный вес технического карбида кальция в зависимости
от его чистоты (содержания извести и прочих примесей) колеб-
лется в пределах от 2,3 до 2..с'3, повышаясь с увеличением коли-
чества примесей.
2. ХРАНЕНИЕ КАРБИДА КАЛЬЦИЯ
Карбид кальция активно вступает в реакцию с водой. Хи-
мическая активность карбида по отношению к воде столь вели-
ка, что он интенсивно поглощает влагу даже из воздуха, обра-
зуя ацетилен и гашеную известь, а также разлагается кристал-
лизационной водой, содержащейся в солях.
Поэтому карбид хранится в герметических барабанах, из-
готовленных из кровельной стали толщиной не менее 0,5—
0,6 мм. По согласованию с потребителем допускается упаковка
карбида кальция в оборотную герметичную тару — бидоны
(рис. 1). Бидон состоит из корпуса 1, крышка 2 которого уплот-
11
няется при помощи резиновой прокладки 3. Так как при упаков-
ке карбида в атмосфере, содержащей водяные пары, в бидоне
может образоваться ацетилен, то открывать бидон следует осто-
рожно во избежание возможного выброса карбидной пыли.
Указанную работу следует производить в защитных очках. Пе-
ред загрузкой бидонов карбидом карбидная пыль из них долж-
на тщательно удаляться. Бидоны могут быть использованы в
качестве оборотной тары при доставке карбида автотранспор-
том.
Рис. 1. Бидон для хранения и пере-
возки карбида кальция
Барабаны для хранения карбида кальция должны быть гер- •
метичны и иметь герметически завальцованную крышку. При
перевозке автомобильным транспортом барабаны с карбидом
следует покрывать брезентом. Доставленные на склад барабаны
необходимо осмотреть и убедиться, что они не имеют поврежде-
ний, связанных с нарушением герметичности. Если герметич-
ность нарушена незначительно, то образовавшиеся щели необхо-
димо замазать смолой. Из сильно поврежденных барабанов кар-
бид должен быть пересыпан в герметически закрывающуюся
тару.
Карбид кальция необходимо хранить в барабанах на карбид-
ных складах, деревянные полы которых должны быть располо-
жены на высоте 0,8—1 м от уровня земли.
12
Помещение карбидного склада должно иметь естественную
вентиляцию и наружное электрическое освещение. Запрещается
хранить карбид в подвальных помещениях. Нельзя проклады-
вать через помещения карбидного склада водопровод или трубы
водяного отопления во избежание возможного затопления скла-
да при аварии трубопровода.
3. РАСКУПОРКА БАРАБАНОВ С КАРБИДОМ КАЛЬЦИЯ
Раскупорку барабанов с карбидом кальция можно произ-
водить только в специальном раскупорочном отделении или на
открытом воздухе специальным инструментом или другим спо-
собом, исключающим возможность» образования искр, которые
могут вызвать взрыв, так как в загруженном карбидом барабане
всегда имеется свободное пространство, заполненное воздушно-
ацетиленовой смесью.
В барабане, который содержит около 100 кг карбида, доста-
точно 1 л ацетилена в воздухе, заполняющем свободное про-
странство барабана, чтобы образовать взрывоопасную концен-
трацию ацетилено-воздушной смеси. Для получения 1 л ацети-
лена должно быть разложено всего 4 г карбида.
Наличие в карбидных барабанах кусков ферросилиция так-
же вносит элемент опасности, так как ударом зубила по куску
ферросилиция можно вызвать искру, что явится причиной
взрыва.
Для раскупорки карбидных барабанов можно рекомендовать
применение молотка и зубила из латуни. Запрещается приме-
нение стальных инструментов, а также инструмента, изготовлен-
ного из сплавов, содержащих больше 70% меди.
' Импортный карбид кальция иногда поступает в наглухо за-'
варенных барабанах, изготовленных из стальных листов толщи-'
йой 1,5 мм. Для их раскупорки может быть применено приспо-
робление (рис. 2), состоящее из ножа 1 с рукояткой 2, хому-
том 3 и опорной планкой 4 шириной 30 мм, соединенной с ры-
чагом. Режущий нож прикрепляется к рукоятке. Хомут крепится
к цилиндрической части барабана при помощи болта и служит
для направления движения ножа. Разрезание производится
нажимом на рукоятку 2, аналогично работе консервного ножа.
На рукоятку во избежание образования искр надевается рези-
новая трубка 5. Крышку карбидного барабана перед раску-'
’поркой необходимо смазать слоем тавота толщиной 2—3 мм,
который исключает возможность образования искр и облегчает
процесс резания. • ’
Раскупорка карбидных барабанов может быть также произ-
ведена при помощи приспособления (рис. 3), представляющего
собой сварную конструкцию, состоящую из электродвигателя /,
13
Рис. 2. Приспособление для вырезки крышек в барабанах
с карбидом кальция
редуктора 2, двух лениксов 3, приводного вала 9, вращающе-
гося в двух радиальных шариковых подшипниках 6 и упорном
подшипнике 7. На приводном валу смонтированы двухжелоб-
чатый шкив 8 диаметром 400 мм и стол 4, на котором имеется
устройство для закрепления на нем барабана 5 с карбидом.
Зажимное устройство состоит из трех жестко приваренных
к столу стоек, обтянутых двумя Полукольцами, и трех под-
вижных стоек, также обтянутых полукольцами и. с одной сто-
роны шарнирно соединенных с неподвижной стойкой, а с другой
Рис. 3. Станок для вскрытая барабанов с карбидом кальция
стороны прикрепленных к ней посредством двух барашков. На
стойке перемещаются муфты с пальцем, где крепится рычаг 11
с закрепленным на нем режущим роликом. Рычаг с помощью
вилки соединен с винтом 12 диаметром 24 мм, конец,которого
выведен за дощатую перегородку. На конец винта навинчивает-
ся маховичок с маточной гайкой, неподвижно закрепленной в
перегородке.
Управление режущим роликом, изготовленным из неискря-
щего металла (латунь и др.), осуществляется вращением махо-
вичка. Лениксы служат для натяжки и разворота приводных
текстропных ремней. Стойка и приводной вал раскреплены уко-
синами 10. Узлы станка смонтированы на общей плите 13 тол-
15
щиной 16—20 мм. Электродвигатель и редуктор установлены
на другой плите и скреплены с первой посредством крон-
штейнов.
Станок работает следующим образом. На столе закрепляют
барабан с карбидом, затем включают электродвигатель. По-
средством текстропной передачи стол вместе с барабаном начи-
нает вращаться, делая 14 оборотов в минуту. Вращением ма-
ховичка через систему винта, тяги и рычага воздействуют на
режущий ролик, который, двигаясь по днищу барабана, посте-
пенно прорезает его.
При использовании такого станка исключается возможность
возникновения искры. Кроме того, безопасность обслуживающе-
го персонала гарантируется тем, что управление режущим ин-
струментом (роликом) производится дистанционно из соседнего
помещения.
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КАРБИДА КАЛЬЦИЯ С ВОДОЙ
Карбид кальция, взаимодействуя с водой, образует ацетилен
и гашеную известь. Для разложения 1 кг химически чистого
карбида кальция нужно затратить 0,562 кг воды. Количество
фактически выделяющегося ацетилена (выход ацетилена) за-
висит от сорта и грануляции карбида (табл. 3).
Таблица 3
Выход ацетилена в зависимости от сорта и грануляции карбида
Грануляция карбида, мм Выход ацетилена. л1кг (не менее)
1-й сорт 2-й сорт
2/8 255 235
8/15 265 245
15/25 275 255
25/80 285 265
Смесь 275 265
В соответствии с дополнением к ГОСТ 1460—56 карбид каль-
ция грануляции 2/в, 8 * * * * * */is и 15/-25 поставляется только с согласия
потребителей.
Реакция разложения карбида кальция водой сопровождает-
ся выделением большого количества тепла. При разложении
1 кг технического карбида выделяется в среднем 400 ккал,, что
16
может вызвать перегрев ацетилена в зоне реакции. Поэтому про-
цесс разложения карбида кальция обычно ведут в большом из-
бытке воды. При разложении неподвижного карбида кальция
в недостаточном количестве воды куски его могут покрываться
коркой гашеной извести и сильно перегреваться. В этом случае
разложение карбида происходит за счет отнятия влаги, содер-
жащейся в гашеной извести. В результате повышается плот-
ность корки, что приводит к еще большему перегреву карбида.
Поэтому непрерывное удаление извести из* зоны реакции имеет
важное значение, так как перегрев карбида может привести к
взрыву ацетилено-воздушной смеси или вызвать взрывчатый
распад ацетилена.
Скорость разложения карбида кальция зависит от грануля-
ции карбида, температуры воды, степени ее заиливания, наличия
перемешивания воды и карбида, а также от чистоты карбида
кальция и воды. Чем меньше размеры кусков карбида (грану-
ляция) и выше температура воды, тем больше скорость разло-
жения карбида. Ниже приведены данные, характеризующие дли-
тельность полного разложения карбида кальция разных грану-
ляций при соотношении между карбидом и водой 1 : 10 и на-
чальной температуре воды 17,5°.
Грануляция карбида кальция,
мм ..........
Длительность разложения
карбида, мин .......
2/8 8/15 15/25 25/50 50/80
5,5 6,5 8 10 13
Карбидная пыль разлагается практически мгновенно. При
взаимодействии с водой разложение карбидной пыли происхо-
дит на поверхности воды и выделяемое тепло не может быть
быстро отведено. Это приводит к повышению температуры в зо-
не реакции и перегреву частиц карбида и выделяющегося аце-
тилена. При этом особенно опасно присутствие воздуха, так как
быстро достигается температура воспламенения ацетилено-воз-
душной смеси.
Если содержание рыли в карбиде превышает допустимое
(ГОСТ 1460—46), то карбид должен быть просеян через сито с ,
отверстиями диаметром 2 мм. Собранная карбидная пыль мо-
жет храниться только в герметичной таре. Высыпать карбидную
пыль в иловые ямы категорически запрещается.
Разложение накопившейся карбидной пыли необходимо про-
изводить вне помещения ацетиленовой станции, на открытом
воздухе, в сосуде емкостью не менее 800—1000 л. В таком сосу-
де без смены воды можно разложить не более 100 кг карбидной
мелочи и пыли.
Карбидную пыль небольшими порциями до 250 г следует за-
брасывать в сосуд при непрерывном энергичной перемешивании.
2—956 ( , - 17
После полного разложения предыдущей порции можно засыпать
следующую, при этом температура воды в сосуде не должна
превышать 40°.
Карбидная пыль и мелочь в смеси с 5% мазута могут быть
переработаны в ретортных генераторах при условии снижения
их единовременной загрузки на 25%.
5. СВОЙСТВА ацетилена
Ацетилен при обычной температуре и атмосферном давле-
нии представляет собой бесцветный газ. Технический ацетилен,
применяемый для газопламенной обработки металлов, вследст-
вие присутствия в нем примесей — фосфористого водорода, се-
роводорода и др. — имеет резкий неприятный запах. Удельный
вес ацетилена при температуре 20° и давлении 760 мм рт. ст.
составляет 1,091 кгс/м3. Плотность по отношению к воздуху 0,9.
Ацетилен переходит в твердое состояние при температуре —85°.
Температура сжижения равна — 81,8°. Для полного сгорания
одного объема ацетилена требуется 2,5 объема кислорода. Ко-
личество кислорода, подаваемого в горелку для получения нор-
мального пламени, равно 1,15 м3 на 1 № ацетилена. Низшая
теплотворная способность равна 12 600 ккал1м3. Тепло, выделя-
ющееся в рабочей зоне нормального пламени, равно
5050 ккал]м\ Максимальная температура нормального пламени
в рабочей зоне составляет 3200°.
Ацетилен по сравнению с другими углеводородами обладает
склонностью к разнообразным реакциям присоединения и за-
мещения. Разложение ацетилена сопровождается выделением
большого количества тепла, затраченного на его образование.
Если температура технического ацетилена, находящегося под
давлением свыше 2,0 ати, превысит 500°, то происходит взрыв-
чатый самораспад всей массы- ацетилена. Взрываемость чистого
ацетилена определяется давлением, температурой, а также за-
висит от чистоты ацетилена, содержания в нем влаги, наличия
катализаторов, характера возбудителя взрыва, размеров и фор-
мы сосуда, условий теплоотвода и ряда других причин. При по-
вышении давления молекулы газообразного ацетилена сближа-
ются, что облегчает распространение распада ацетилена на всю
массу газа. Если молекулы сжатого ацетилена будут отделены
друг от друга молекулами азота или другого инертного газа, не
вступающего во взаимодействие с ацетиленом, то взрываемость
ацетилена снижается. Так, например, влажный ацетилен менее
взрывоопасен, чем сухой. Смесь, содержащая 1,15 объема аце-
тилена на один объем водяного пара, не способна к взрывчато-
му распаду. Взрыв ацетилена может иметь место и при темпе-
ратуре ниже 500°, но в присутствии катализаторов — окиси алю-
18
миния— 490°; медной стружки — 460°; окиси железа — 280°;
окиси меди — 240°.
Таким образом, наиболее активными катализаторами явля-
ются окись меди и окись железа.
При определенных условиях ацетилен реагирует с медью и»
серебром, образуя взрывчатые вещества. Поэтому при изготов-
лении арматуры для ацетилена запрещено применение сплавов,
содержащих более 70% меди. При повышении температуры аце-
тилена его распаду часто предшествует процесс полимеризации,,
т. е. соединение нескольких молекул в одну. Ацетилен полиме-
ризуется при температуре 400—800°. В присутствии металлов-
или других катализаторов температура полимеризации ацетиле-
на может снижаться до 250—300°. Процесс полимеризации со-
провождается выделением тепла, которое способствует даль-
нейшему развитию полимеризации. При температурах, превы-
шающих 530°, процесс полимеризации может вызвать взрывча-
тое разложение всего оставшегося ацетилена.
В смеси с кислородом ацетилен взрывается при температуре
305° и атмосферном давлении, причем содержание ацетилена
в смеси может колебаться в широких пределах. Смесь ацетиле-
на с воздухом при атмосферном давлении имеет пределы
взрываемости от 2,3 до 81% (по ацетилену). Смеси, содержа-
щие от 7 до 13% ацетилена, наиболее взрывоопасны.
Смесь ацетилена с кислородом взрывоопасна при содержа-
нии ацетилена 2,3н~93%. Наиболее взрывоопасна смесь аце-
тилена с кислородом, содержащая 30% ацетилена. Конечное
давление взрыва ацетилена — воздушных смесей в 13 раз пре-
вышает начальное абсолютное давление. Температура при вос-
пламенении ацетилено-кислородной смеси может достигать в
зоне реакции 3200°.
Примеси сероводорода, фосфористого водорода и кремнисто-
го водорода не оказывают заметного влияния на процессы по-
лимеризации и распада ацетилена, однако фосфористый водо-
род является вредной примесью, так как его повышенное содер-
жание может явиться причиной самовоспламенения ацетилено-
воздушной смеси.
Пары воды содержатся в ацетилене, поступающем из ацети-
ленового генератора. Чем выше температура ацетилена, тем
больше его влагосодержание.
6. РАСТВОРЕННЫЙ АЦЕТИЛЕН
Ацетилен обладает способностью растворяться во многих
жидкостях, но лучше всего он растворяется в ацетоне.
В табл. 4 приведены данные о растворимости ацетилена в не-
2* 19
которых жидкостях при атмосферном давлении и температу-
ре 15°.
Растворимость ацетилена в значительной степени зависит
от температуры. Данные об изменении растворимости ацетилена
в ацетоне и воде в зависимости от температуры приведены в
табл. 5.
Сливаемая из генераторов смесь воды и известкового ила со-
Таблица 4 Растворимость ацетилена в жидкостях держит растворенного ацети- лена тем меньше, чем выше температура воды.
_ Растворимость в 1л Растворитель жидкости, л Данные,табл. 5 показыва- ют, что растворимость ацети-
_ — лена в ацетоне с повышением
Вода . . ; . . 1,15 Бензол 4,0 Бензин 5,7 Ацетон 23 температуры уменьшается. По- этому искусственное охлажде- ние баллонов ускоряет их на- полнение ацетиленом. Растворенным ацетиленом называется сжатый ацетилен,
накачанный в стальные баллоны, заполненные пористой массой,
пропитанной растворителем (ацетоном).
Баллоны для ацетилена заполняются высокопористой капил-
лярной массой, пропитанной ацетоном, в котором растворяется
ацетилен, с целью исключения возможности взрывчатого распа-
Таблица 5
Растворимость ацетилена в ацетоне и воде в зависимости от температуры
Температура, град Количество объемов ацетилена, растворяющегося в одном объеме
ацетона воды
—20 52
—10 42 —
0 33 1,73
+ 10 26 1,31
+20 20 1,03
+30 16 0,84
+50 — 0,50
+70 — 0,25
+90 — 0.05
да сжатого ацетилена. Молекулы ацетилена в баллоне отделе-
ны друг от друга молекулами ацетона и распределены в порах
и узких каналах, которые создают сопротивление распростра-
нению взрыва и обеспечивают теплоотвод. Высокая капилляр-
20
ность пористой -массы способствует равномерному распределе-
нию и удержанию ацетона на ее поверхности, чем обеспечивает-
ся большая поверхность контакта между газом и ацетоном в
баллоне. В качестве пористой массы для ацетиленовых баллонов
в отечественной промышленности применяется активный уголь*
марки ВАУ, который представляет собой обработанный водя-
ным паром при высокой температуре березовый или буковый
уголь-сырец.
Ацетон является лучшим растворителем для ацетилена и
представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом.
.Растворимость ацетилена резко падает при наличии в ацетоне
воды, поэтому ацртилен перед поступлением в баллон должен
подвергаться осушке. Давление ацетилена в баллоне увеличи-
вается при повышении температуры.
Применение растворенного ацетилена имеет ряд преимуществ
по сравнению с получением ацетилена непосредственно из пе-
редвижных генераторов. К этим преимуществам относятся: вы-
сокое давление газа, обеспечивающее устойчивую работу аппа-
ратуры; чистота рабочего места; безопасность в работе; сни-
жение расходов на обслуживание передвижных генераторов;
повышение коэффициента полезного использования карбида
кальция.
Глава III
КИСЛОРОД
1. СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
Кислород является одним из наиболее распространенных
элементов и может быть получен электролизом воды или мето-
дом глубокого охлаждения из атмосферного воздуха. Наиболее
широкое распространение в промышленности нашел метод глу-
бокого охлаждения, так как этим методом можно получить
практически любое количество кислорода требуемой чистоты, с
наименьшей затратой энергии. Кислород при нормальных усло-
виях является газом без цвета, запаха и вкуса.
Вес 1 м3 кислорода при 0° и 760 мм рт. ст. равен 1,43 кг\
плотность по отношению к воздуху 1,1. При температуре —183°
и давлении 760 мм рт. ст. кислород превращается в голубоватую
легко подвижную жидкость, энергично испаряющуюся при нор-
мальной температуре. Вес 1 л жидкого кислорода при темпера-
туре —'183° равен 1,14 кг.
* Г л и з м а н е н к о Д. Л., Милославский С. Я. Авторское сви-
детельство № 39915.
21
Критические температура и давление, при которых кислород
превращается в жидкость, равны —118,8° и 51,3 ата. 1 ж3 газо-
образного кислорода образуется при сжижении 1,26 л жидкого.
При испарении 1 л жидкого кислорода образуется 790 л газо-
образного (при 0° и 760 мм рт. ст.). Жидкий кислород при атмо-
сферном давлении затвердевает при температуре —218,4°.
Окисление органических веществ в кислороде сопровождает-
ся выделением большого количества тепла, особенно при повы-
шенном давлении и температуре.
Соприкосновение сжатого кислорода с минеральными масла-
ми, жирами или другими горючими веществами приводит к их
самовоспламенению.
Кислород является негорючим газом, но активно поддержи-
вает горение и в процессах газопламенной обработки металлов
применяется для интенсификации горения ацетилена или дру-
гих горючих газов с целью получения высокотемпературного сва-
рочного или подогревающего пламени, а также для окисления
или сжигания металла при резке.
2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОРОДА ПРИ СВАРКЕ И РЕЗКЕ
Для газовой резки и сварки металлов кислород применяется
в газообразном состоянии и на места потребления подается по
трубопроводам или шлангам от баллонов. В баллонах кислород
хранится и транспортируется под давлением 150 кгс/см2 (балло-
ны типа 150 и 150Л). Подача по трубопроводу применяется при
централизованном снабжении газосварочных постов кислородом
от группы баллонов через перепускную рампу или из кислород-
ного цеха от реципиента.
Кислородную рампу необходимо устанавливать за пределами
цеха. Расходы, связанные с транспортировкой и хранением сжа-
того кислорода в баллонах, повышаются, главным образом, за
счет веса баллонов, так как на 1 кг газа приходится 8,5 кг веса
тары (вес кислорода в 40-литровом баллоне равен 8—8,4 кг, а
вес порожнего баллона — около 70 кг).
С целью уменьшения этих расходов применяется способ хра-
нения и транспортировки кислорода в жидком состоянии в сосу-
дах-танках с двойными стенками, между которыми помещается
слой тепловой изоляции, предохраняющий кислород от быстрого
испарения.
При транспортировке кислорода в жидком состоянии умень-
шается, вес тары (примерно в десять раз) и отпадает необходи-
мость иметь большой парк баллонов.
Однако пользование жидким кислородом связано с неизбеж-
ностью частичных потерь его при хранении, перевозке и газифи-
кации.
22
Жидкий кислород на местах его потребления превращается
в газообразный и подается в магистральные трубопроводы под
давлением до 15 кгс!см2.
3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КИСЛОРОДА
Для газопламенной обработки используется технический кис-
лород трех сортов (ГОСТ 5583—58): высший сорт с содержа-
нием кислорода не менее 99,5%, сорт А с содержанием кисло-
Рис. 4. Прибор для определения чистоты кис-
лорода
рода не ниже 99,2% и сорт Б с содержанием кислорода не ни-
же 98,5%.
Разработанные в последнее время новые технологические
процессы требуют применения кислорода высшего сорта.
Проверка качества кислорода производится путем отбора
проб газа из баллонов в количестве 5% от партии, но не менее
двух баллонов, причем отбор проб производится из каждого бал-
лона.
Качество технического кислорода определяется по содержа-
нию в нем чистого кислорода при помощи прибора (рис. 4), со-
23
стоящего из пипетки 1, соединенной с измерительной бюрет-
кой 2 через трехходовой кран 3, и уравнительного сосуда 4.
Чистый кислород поглощается заполняющим пипетку реакти-
вом, представляющим смесь растворов хлористого аммония и
аммиака. Пипетка заполнена спиралями диаметром 5 мм и дли-
ной 10 мм из проволоки красной меди диаметром 0,8 мм.
Бюретка емкостью 100 мл имеет деления 1 и 0,1 мл. При
производстве анализа бюретку заполняют анализируемым га-
зом через трехходовой кран 3, после чего поворотом этого крана
соединяют бюретку 2 с пипеткой и перепускают газ в пипетку,
поднимая вверх сосуд 4.
Через несколько минут, когда весь кислород будет поглощен
реактивом, остаток газа переводят обратно в бюретку и, совме-
стив уровни воды в ней и в сосуде 4, определяют количество по-
глощенного раствором газа, т. е. чистого кислорода. Непогло-
шенный остаток газа состоит из азота и аргона.
Глава IV
АЦЕТИЛЕНОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Ацетиленовыми генераторами называются аппараты, пред-
назначенные для производства ацетилена из карбида кальция и
воды.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Классификация ацетиленовых генераторов. Ацетиленовые ге-
нераторы классифицируются (ГОСТ 5190—60) по следующим
основным признакам, определяющим их тип: по производитель-
ности, роду установки, предельному давлению вырабатываемого
ацетилена, способу приведения во взаимодействие карбида каль-
ция с водой и способу регулирования выработки ацетилена.
По производительности ацетиленовые генераторы
разделяются на генераторы с номинальной производительностью
0,8; 1,25; 2; 3,2; 5; 10; 20; 40 и 80 м3/час.
По роду установки — на стационарные и передвиж-
ные генераторы.
По предельному давлению вырабатываемо-
го ацетилена генераторы делятся на три группы:
1) генераторы низкого давления (до 0,1 к.гс!см1 2 включи-
тельно) ;
2) генераторы среднего давления (свыше 0,1 до 1,5 кгс!см‘
включительно);
3) генераторы высокого давления (свыше 1,5 кгс!см2).
24
По способу приведения во взаимодействие
карбида кальция с водой и по способу регули-
рования выработки ацетилена — на системы «карбид
в воду»; «вода на карбид» с вариантами мокрого и сухого про-
цессов; контактную с вариантами вытеснения воды и погруже-
ния карбида.
В генераторах системы «карбид в воду» карбид кальция по-’
дается в воду. Процесс газообразования регулируется количест-
вом карбида, подаваемого в газообразователь для разложения.
В генераторах системы «вода на карбид» вода поступает к
карбиду кальция струей (вариант мокрого процесса) или в виде
брызг (вариант сухого процесса); в этом случае процесс проис-
ходит с получением порошкообразной извести. Газообразование
регулируется количеством подаваемой воды для разложения
карбида.
В генераторах контактной системы взаимодействие карбида
кальция с водой осуществляется периодическим соприкоснове-
нием этих веществ. Процесс газообразования регулируется из-
менением количества карбида, соприкасающегося с водой.
Кроме генераторов указанных систем, возможны также кон-
струкции генераторов, представляющие собой комбинации двух
или более систем из числа перечисленных выше.
Генераторы системы «карбид в воду» обеспечивают наиболее
полное разложение карбида кальция, наименьшие потери ацети-
лена и хорошее его охлаждение. Коэффициент полезного дейст-
вия генераторов этой системы может доходить до 96%.
В генераторах данной системы карбид определенными пор-
циями поступает на разложение в большое количество воды,
благодаря чему обеспечивается хороший теплоотвод из зоны
реакции и полное разложение карбида. В этих генераторах мож-
но перерабатывать карбид всех грануляций, включая и мелкий.
Генераторы системы «вода на карбид» расходуют меньше
воды, имеют относительно меньшие габариты и вес. Недостат-
ком генераторов этой системы является возможность перегрева
ацетилена и неполного разложения карбида кальция. Поэтому
форсирование их производительности не рекомендуется.
В генераторах данной системы трудно осуществить механи
зацию загрузки карбида и выгрузки ила. Поэтому генераторы
системы «вода на карбид» применяют для работ производитель-
ностью до 10 я?/час.
Генераторы системы «вытеснения воды» просты по конструк-
ции, однако вследствие возможности перегрева в них ацетилена
применяются только в качестве переносных производительностью
не более 1,25 мР/час.
Генераторы с получением «сухой извести» расходуют мини-
мальное количество воды по сравнению со всеми другими си-
стемами.
25
Если в генераторах «карбид в воду» на 1 кг загруженного
карбида расходуется 7—10 кг воды, в системе «вытеснения во-
ды» — 5—6 кг, то в генераторах с получением сухой извести на
1 кг карбида расходуется только 1—1,2 кг воды.
Основные требования к ацетиленовым генераторам. При кон-
струировании ацетиленовых генераторов должны быть обеспе-
чены следующие требования:
1) высокий коэффициент использования карбида кальция;
2) отсутствие сбросов газа в атмосферу при перерывах в от-
боре или снижении производительности;
3) автоматичность процесса газообразования в зависимости
от давления или количества газа в генераторе;
4) применение карбида кальция возможно широкого диапа-
зона грануляций;
5) полное разложение загруженной порции карбида;
6) возможность продувки всех газовых объемов от остат-
ков воздуха;
7) охлаждение отходящего газа;
8) предельная величина давления не более 1,5 кгс!см?\
9) наличие надежно действующего защитного устройства
(предохранительного затвора);
10) обеспечение положительного давления (не менее
0,01 кас/Ъи2) после предохранительного затвора в переносном
генераторе и постового затвора в стационарном генераторе;
11) переносные генераторы должны иметь минимальные габа-
риты и вес.
2. СТАЦИОНАРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ГРК-Ю-57
Назначение и характеристика. Стационарный ацетиленовый
генератор ГРК-10-57 (рис. 5) среднего давления работает по
системе «вода на карбид».
Эксплуатационно-техническая характеристика генератора
Нормальная производительность .... 10 м^/час
Максимальная производительность ... 12 м31час
Давление газа в сети . . . . . .до 0,7 кгс/см^
Давление газа в генераторе...........до 1,5 кгс/см2
Вес карбида, загружаемого в одну ре-
торту .......................... 20—30 кг
Вес (без воды и карбида).............. 480 кг
Газовая емкость................... . . 1000 л
Расход воды на 1 кг карбида (без охлаж-
дающей воды в рубашках).................около 5 л
Применяемая грануляция карбида . . . 25/80
Разрешается применение карбида грануляции 15/25 в коли-
честве 10—12 кг в одну реторту. Допускается также применение
карбида кальция грануляций 2/8 и 8/15 в смеси с мазутом.
26
Рис. 5. Стационарный генератор ГРК-10-57
При переработке карбида грануляции 2/8 и 8/15 необхо-
димо:
1. Карбид грануляции 2/8 и 8/15 без отсеивания пыли тща-
тельно перемешать с нагретым до 50° безводным мазутом в ко-
личестве 40—50 г мазута на 1 кг карбида.
2. На прутки загрузочных корзин уложить сетку № 8 или № 9
(ГОСТ 3826—47), на которую равномерно загрузить перемешан-
ный с мазутом карбид в количестве 75% от обычной загрузки.
3. Перед водяным затвором следует установить фильтр для
задержания паров нефтепродуктов, заполнив его коксом в кус-
ках размером 10—25 мм. Емкость фильтра должна составлять
не менее 3,5 л.
4. Разгрузка реторт допускается только после заполнения их
объема водой, что определяют с помощью контрольных крани-
ков.
Конструкция генератора и его работа. Генератор ГРК-Ю-57
состоит из следующих основных узлов: двух поочередно рабо-
тающих реторт 1 с крышками; рубашек 2 для охлаждения ре-
торт; газосборников 3 и 4; регулятора подачи воды 5; регулято-
ра давления газа 6; двух обратных газовых клапанов 7; обрат-
ного водяного клапана 8, водяного затвора 9; предохранитель-
ного клапана /0; щита управления 11; загрузочных кор-
зин 12.
Перед началом работы заливают воду в нижний газосборник
и водяной затвор, а в рубашки подают проточную воду для ох-
лаждения реторт.
Загрузочные корзины одной из реторт загружают карбидом,
вставляют их в реторту и плотно закрывают последнюю крыш-
кой.
Для пуска генератора открывают кран 13 автоматической
подачи воды. Вода, поступившая в реторту, смачивает карбид,
находящийся на нижних полках загрузочных корзин 12.
Образующийся ацетилен по трубопроводу через обратный
клапан проходит сначала в верхний, а затем в нижний газосбор-
ник и далее через регулятор давления и водяной затвор посту-
пает в трубопровод.
После того как включена в работу первая реторта, подготов-
ляют к работе вторую. Для этого корзины второй реторты загру-
жают карбидом, вставляют в реторту, закрывают ее крышкой
и производят предварительный залив воды в реторту. Воду впус-
кают через кран 13 до начала интенсивного выхода газа из кон-
трольного крана. После этого кран 13 закрывают и открывают
перепускной кран 14, соединяющий обе реторты.
По окончании разложения карбида в первой реторте вода
заполняет ее и переливается через кран 14 во вторую реторту,
автоматически включая ее в работу.
Наличие перелива, кроме автоматического включения в ра-
28
боту второй реторты, предохраняет от заиливания обратный
клапан реторты, в которой заканчивается разложение карбида,
и газосборники, так как без наличия перелива иловая вода, за-
полнив реторту, начала бы переливаться в газосборники.
Когда карбид в первой реторте разложится и из контрольно-
го крана начинает выходить иловая вода, тогда закрывают кран
перелива и кран 13, подающий воду в первую реторту, откры-
вая кран 13 на второй реторте.
Через 8—10 мин, необходимых для окончательного разло-
жения карбида, первую реторту разгружают и вновь заряжают
карбидом. Далее процесс работы повторяется.
После того как давление в генераторе достигнет 1 кгс/см2,
можно начать подавать ацетилен в газопровод.
Обслуживание генератора во время работы. При работе гене-
ратора необходимо следить, чтобы температура газа не превы-
шала 100°, давление газа не поднималось выше 1,50 кгс!см2, а
расход газа не превышал 12 м3/час.
Для предупреждения повышения в генераторе давления бо-
лее установленного предела предохранительный клапан должен
начинать выпуск газа в атмосферу при давлении 1,50 кгс!см?.
Если давление в генераторе превысит 1,50 кгс/см2, а предо-
хранительный клапан не травит газ, необходимо принудительно
открыть клапан и выпустить избыток газа.
Если предполагается перерыв в работе генератора (останов-
ка на обеденный перерыв или окончание смены), то количество
карбида в загрузочной коробке при последней зарядке реторты
должно соответствовать фактическому расходу ацетилена на
остающийся отрезок времени. Загрузку 10—12 кг следует про-
изводить в одну заднюю загрузочную корзину, однако вставляя
в реторту обе корзины.
После того как будут отработаны четыре реторты (100 кг
карбида), следует произвести слив воды из нижнего газосбор-
ника 3 до появления на выходе чистой воды, имеющей темпера-
туру 15—20°. Нужно следить, чтобы температура воды, вытекаю-
щей из охлаждающей рубашки 2, не превышала 40°.
Не реже двух раз в смену необходимо проверять уровень во-
ды в водяном затворе и в случае необходимости доливать воду
в затвор до уровня контрольного крана. Проверку уровня и до-
лив воды следует производить в тот период, когда газ не расхо-
дуется, т. е. при закрытом регуляторе давления.
Необходимо также периодически проверять исправность раз-
рывных мембран на обратных газовых клапанах и на водяном
затворе.
Нельзя открывать реторту до полного окончания разложения
карбида в ней.
При прекращении работы генератора необходимо закрыть
вентили подачи воды, полностью ослабить винт регулятора дав-
29
ления газа, разгрузить от ила реторты, сменить воду в нижнем
газосборнике.
Запрещается оставлять неразложившийся карбид в реторте
после окончания работы генератора.
Возможные неполадки в работе генератора. Выброс газа
в атмосферу может произойти, если карбид был загружен
в мокрую или недостаточно промытую корзину или при загрузке
в генератор карбида мелких грануляций, а также по следующим
причинам:
1. Регулятор подачи воды отрегулирован на прекращение по-
дачи воды при давлении более 0,95 кгс!см2.
2. После максимального расхода газа (10—12 л<3/час)
резко сократился отбор газа (до 5—6 м3!час).
3. При подготовке генератора к пуску в него залито излиш-
нее количество воды и не был перекрыт кран подачи воды в пре-
делах давлений от 0,1 до 0,9 кгс!см2.
4. Нижний газосборник заполнен водой выше уровня кон-
трольного крана.
5. Положение корзин в реторте не соответствует указаниям
инструкции.
Если температура воды в рубашках и в нижнем газосборни-
ке выше указанной в инструкции или если в реторту загружен
карбид в количестве, превышающем допустимое, то темпера-
тура ацетилена может превысить 100°, что яв-
ляется недопустимым.
При работе генератора может иметь место неполное
разложение карбида. Причинами этого могут быть: за-
грузка в реторту карбида плохого качества или грануляции бо-
лее 25/80; преждевременное прекращение подачи воды; прежде-
временная разгрузка реторты.
При давлении в генераторе ниже установленного предела не-
обходимо проверить регулировку момента «отсечки» подачи во-
ды, которая должна происходить при давлении не ниже
0,95 кгс!см2.
Причиной понижения рабочего давления в генераторе может
быть также недостаточное поступление воды в реторту.
При негерметичности обратных клапанов газ из газосборни-
ка при перезарядке может выходить через реторты в помещение
ацетиленовой станции.
Не реже двух раз в месяц следует производить осмотр, чист-
ку и промывку газовых обратных клапанов и газопроводов ге-
нератора от отложений ила.
После промывки газовых обратных клапанов необходимо про-
верить их герметичность.
Не реже одного раза в месяц следует производить чистку
и промывку трубы перелива. Для этого необходимо запол-
нить одну из реторт водой и через трубу перелива сливать ее
30
через другую реторту. Если вода не проходит или проходит сла-
бо,- нужно разобрать и прочистить перелив.
Регулировка отдельных частей генератора. Регулятор по-
дачи воды (рис. 6) пропускает воду в реторты периоди-
чески, в завйсимости от давления в них газа.
При повышении давления в реторте выше установленной ве-
личины усилие давления на мембрану 1 преодолевает усилие
пружины 2, перемещая ее влево, вследствие чего клапан 3 пе-
рекрывает отверстие седла.
Рис. 6 Регулятор подачи воды
При уменьшении давления ниже установленного предела
мембрана 1 усилием пружины 2 перемещается вправо, толка-
тель нажимает на шток 4 и отводит клапан 3 от седла, откры-
вая проход для воды в реторту.
Регулятор подачи воды можно установить на «пуск» при дав-
лении до 0,9 кгс/см2. Однако разница между давлением пуска
и давлением отсечки не должна превышать 0,05 кгс!см?.
Регулировка регулятора может производиться только при
его неисправности или засорении под наблюдением ответствен-
ного лица.
Регулировка мембранного предохранитель-
ного клапана производится следующим обра-
зом:
а) снимают пломбу предохранительного клапана и поднима-
31
tO | иохАеви э 5 иээгоэ я втгидбвя олоякэи „ ияюдваэбэи чхэонжоиеод \о га Возможно Невоз- можно
03 енератора гя ‘иинв -01Э03 ионнэясвйве я 6 о co о 2 Й fc 2 2 £ ~ S ° ”
О о. о н св о. Вес г гя ‘БИПЧ1ГВЯ BtfngdBM и нюа еэд сч <м ’в* о о rt о ю о см
меновых гене Количество заливаемой воды г ‘iqxdoxad винэтт -MtBifxo в if I" oAudoM я о съ о Д со со ао со со 1
V ‘1ЧТГ0Я «ЭП1 -О1В1И11 BIfir HOhBQ я » 1 со о 1 1 1 | (М 1 1
S Я св X v ‘ЕэХидоя Ч1ЭОЯИЭ ВЕТпдо тО lO g g i §-§88
1 * X со CJ 3 - ® а. ww ‘BoKndoM diswBHir § § s g g s Д чф Ю СО CN UN
et Си ф с г? 'Ь Q.S СЗ СО \О га <я си JV1V ‘BdoiBdaHSJ вюэня о о <2 g ! i 2 s § n g
св as X X гя ‘ВИПЧ1ГВЯ RtHodBM oieXdJBS веннапэдаонига (М о ’в- СО см (М
- X Св О. св vtvt ‘вип -Ч1гвя вгирави BHHBifKHBdj от So ww да 5°. Й.8 £88 8 Й 8
X - 05 св я - ги*5/^гя ‘sdoiBdanaj ээКп don & эинэп-автг ээшчЕодивц „ о !' о. ю ю 0 .0 0.0. о '
> 1 т х О О X х н ‘nj.OQsd BWHHOd 10 ИХЭОИИ. -ияве я BdofliBe олонвяоя ей Э1Г0Х1ЧЯ. ВН ЭИНЗЕЯВИ ЭЭЬО9ВС 2 еч со от g g 2 О 6 о о 8 о о | III о о" о СО °- о о о о
om,lrw ‘Ч1эон -qiramtoasHodu ввнчв-endoH Й Й 8 =0 _ 2 OI — со о -<
Он О CO OJ Я <y оо LQ О tO __ tO см io см ао д CQ И 2 ci, g £ 5 g £ £ S <
32 1 u/u SN р-н 0*4 CO Ю О
ют давление в корпусе генератора до 1,5 кгс!см2\ полностью
ослабив гайку в стакане клапана, начинают ввертывать ее с по-
мощью ключа до начала травления газа;
б) медленно поднимают давление в генераторе, чтобы убе-
диться в том, что клапан открывается полностью при давлении
не более 1.65 кгс1см2\
в) выпуская газ из генератора, проверяют, чтобы предохра-
нительный клапан прекращал травление газа при давлении не
ниже 1,40 кгс1см?-,
г) придерживая регулирующий винт, вновь пломбируют кла-
пан.
О регулировке предохранительного клапана должен быть со-
ставлен акт. Предохранительный клапан можно регулировать
также на отдельном стенде. Регулировка клапана производится
под наблюдением ответственного лица.
3. ПЕРЕДВИЖНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ГНВ-1,25 и АНВ-1-56
Передвижной ацетиленовый генератор низкого давления
ГНВ-1,25 предназначен для получения газообразноТо ацетилена
из карбида кальция и работает по системе «вытеснения воды»
в сочетании с системой «вода на карбид». Генератор яв-
ляется одноретортным, однопостовым аппаратом прерывного
действия.
В табл. 6 дана техническая характеристика передвижных
ацетиленовых генераторов.
Конструкция и работа генератора. Генератор ГНВ-1,25
(рис. 7) состоит из корпуса 1 с вваренной в него ретортой 2.
Корпус генератора разделен на две части перегородкой 3. Ниж-
няя часть корпуса соединена с ретортой через кран 4 резино-
вым шлангом 5.
На корпусе генератора смонтирован водяной затвор 6, соеди-
ненный с газовым объемом генератора трубой 7 и резиновым
шлангом.
Генератор заполняется водой через открытую верхнюю часть
корпуса до уровня шайбы S; при этом входной кран водяного
затвора 6 должен быть открыт, а кран 4 — закрыт. Водяной за-
твор заливается водой через верхнюю открытую обечайку до
уровня контрольного крана 9. После загрузки корзины 10 кар-
бидом ее вставляют в реторту. Реторта закрывается крышкой с
помощью траверсы и винта. В закрытую реторту через кран 4
впускают воду.
Ацетилен, выделяющийся при разложении карбида водой, по-
ступает в газосборник по газоотводящей трубке И и вытесняет
находящуюся в нем воду через трубу 12 в верхнюю часть гене-
ратора.
3-956 33
4
В реторту вода подается до тех пор, пока она не будет вы-
теснена из газосборника ниже уровня крана 4.
При этом по мере выделения ацетилена и возрастания дав-
ления в газосборнике и в реторте происходит вытеснение воды
из реторты 2 в конусообразную камеру — «вытеснитель» 13.
Благодаря вытеснению воды из реторты дальнейшее газо-
образование в ней ограничивается и рост давления в газосбор-
нике замедляется.
Рис. 7. Передвижной ацетиленовый генератор низкого давления
ГНВ-1,25
При отборе газа из газосборника давление в нем и в ретор-
те падает, вода из вытеснителя переходит обратно в реторту и
вновь поступает к карбиду, вследствие чего газообразование во-
зобновляется.
При уменьшении давления в генераторе до 230—270 мм
вод. ст. вода в газосборнике поднимается выше уровня крана 4
и начинает вновь заполнять реторту. Поступление воды в ре-
торту прекращается, когда давление газа превысит 260—280 мм,
т. е. когда уровень воды в газосборнике снова опустится ниже
уровня крана 4.
Отбор газа из генератора производится через ниппель водя-
ного затвора.
34
Подготовка к пуску и продувка генератора. Перед пуском ге-
нератор должен быть осмотрен, реторта очищена от ила, и если
в корпус попали посторонние предметы — они должны быть уда-
лены.
После осмотра генератор подготовляют к пуску в следующей
последовательности:
а) заполняют генератор водой до уровня шайбы 8; при этом
входной кран водяного затвора 6 должен быть открыт, а кран
4 — закрыт;
б) заполняют водой водяной затвор через открытую верхнюю
обечайку. Когда вода достигает уровня контрольного крана 9,
входной кран закрывают;
в) закрывают контрольный кран 9;
г) загружают 4 кг карбида в сухую корзину 10 и вставляют
корзину в реторту 2;
д) плотно закрывают реторту крышкой при помощи нажим-
ного винтд и траверсы;
е) впускают в реторту воду через кран 4 и выделившимся
ацетиленом продувают ее через кран 14 в течение одной минуты,
после чего кран 14 закрывают. Во время продувки кран 4 дол-
жен быть закрыт.
Для ускорения запуска можно производить залив воды в ге-
нератор следующим образом:
а) залить в корпус генератора воду так, чтобы уровень воды
был на 7—8 мм ниже шайбы 8, при этом входной кран водяного
затвора 6 должен быть открыт, а кран 4 — закрыт;
б) вставить в верхнее отверстие вытеснителя 13 воронку и
открыть кран 14;
в) залить в реторту через воронку 10—12 л воды, после чего
закрыть кран 14 и открыть кран 4.
Обслуживание генератора в процессе работы. Для отбора
газа из генератора нужно открыть кран на водяном затворе.
В процессе отбора газа необходимо следить за тем, чтобы
температура охлаждающей воды не превышала 60°.
При израсходовании заряда карбида (определяется по выхо-
ду воды через кран 14) закрывают кран 4 и этим прекращают-
подачу воды в реторту.
Перезаряжают реторту, для чего необходимо: открыть крыш-
ку реторты, вынуть корзину, очистить реторту от ила, промыть-
корзину и высушить ее на воздухе. Загрузить карбидом запас-
ную корзину и вставить ее в реторту; закрыть реторту и открыть-
кран 4.
После выработки каждой загрузки карбида необходимо кор-
пус генератора пополнять водой до уровня шайбы 8.
Проверка уровня жидкости в водяном затворе должна про-
изводиться не реже трех раз в смену, а также после каждого об-
ратного удара пламени.
3* 35
ГНВ-1,25 не приспособлены к работе
Рис. 8. Передвижной ацетиленовый генератор
низкого давления АНВ-1-56
После окончания работы генератора нужно разгрузить и
промыть .реторту, загрузочную корзину и вытеснитель.
Генератор АНВ-1-56. Передвижные ацетиленовые генераторы
ГНВ-1,25 не приспособлены к работе на открытом воздухе в
холодное время года. С
целью повышения мо-
розоустойчивости аппа-
рата в конструкцию ге-
нератора были внесены
следующие изменения:
1) водоподающая
система смонтирована
внутри генератора с
выводом штока венти-
ля 3 наружу через саль-
ник;
2) водяной затвор с
целью его утепления
установлен по предло-
жению Н. М. Калмыко-
ва и Ф. А. Маркова в
циркуляционной трубе,
форма которой изме-
нена;
3) генератор укомп-
лектован карбидным
осушителем 2;
4) изменена конст-
рукция водяного за-
твора 1.
В результате этих
изменений была созда-
на новая конструкция
генератора-, которой
была присвоена марка
АНВ-1-56.
При использовании
в нем мелкого карбида,
смешанного с мазутом,
в карбидный осушитель
в летнее время следу-
ет загружать только куски кокса размером 10—25 мм. В зим-
нее время нижнюю половину карбидного осушителя нужно за-
гружать коксом, а верхнюю — карбидом. Конструкция и работа
генератора АНВ-1-56 в основном аналогичны генератору
ГНВ-1,25.
В холодное время года для предохранения от замерзания в
36
соединительную трубу устанавливают водяной затвор, который)
в теплое время года или при работе в теплом помещении за-1,
крепляют снаружи на корпусе генератора. '
Между газосборником и водяным затвором размещен кар-<
бидный осушитель, соединенный с ними резиновыми шлангами.)
Внутри реторты приварены направляющие угольники, на ко-:
торые устанавливают корзину с карбидом кальция. После за-
грузки реторту герметически закрывают крышкой и открывают)
вентиль для впуска воды. ;
При открытии вентиля для отбора газа из газосборника аце-)
тилен поступает в осушитель, загруженный карбидом, после че-:
го идет в водяной затвор, а затем в горелку или резак. )
4. ГЕНЕРАТОР МГ-55 )
Генератор МГ-55 работает по системе «вода на карбид» и
может применяться как передвижной или стационарный anna-1
рат для индивидуального питания ацетиленом сварочного поста. >
Конструкция и работа генератора. Генератор (рис. 9) состо-
ит из цилиндрического корпуса 1, открытого сверху и разделен-
ного горизонтальной перегородкой 2 на две части: нижнюю —
газосборник и верхнюю — водохранилище. Обе части сообщают-;
ся между собой циркуляционной трубой 3. В нижнюю часть ге-
нератора вварены две цилиндрические камеры (реторты) 4, в ,
которые вставляются загрузочные коробки 5. Каждая коробка
разделена вертикальными перегородками на шесть секций. Кар-
бид укладывают в секции загрузочных коробок. Реторты 4 за-
крываются крышками 6 с уплотнительными резиновыми коль-)
цами.
Вода подается в реторты из отдельного кольцевого резерву-
ара 7 через сифонную трубку 8, резиновые шланги 9 и краны-
10 и 11. Генератор приводят в действие поворотом крана 10
или И. Вода через краны поступает в реторту, постепенно за-)
полняя ее, и, когда уровень воды достигнет кромки стенки за-;
грузочной коробки, она заливает соответствующую секцию, в
которой начинается разложение карбида, ' ;
) Регулировка подачи воды в реторту производится автомата-'
чески, в зависимости от давления газа в реторте, а следователь- )
но и потребления газа из газосборника. Газ из реторт отводит-
ся по газоотводящим трубкам 12 и 13 в газосборник, вытесняя
из него воду в водохранилище. Затем ацетилен по трубе 14-
идет в водяной предохранительный затвор 15, откуда по шлангу)
отводится в сварочную горелку. )
Постепенно, по мере отбора газа и разложения карбида, все;
секции коробки и реторта заполняются водой. После этого кра-
ном 10 закрывают доступ воды в реторту с отработанным кар-t
37
Рис. 9. Передвижной ацетиленовый генератор МГ-55
бидом, открывают кран 11 и пускают воду во вторую реторту,
а первую реторту перезаряжают. При прекращении отбора газа
из генератора в горелку подача воды в реторту автоматически
прекращается и дальнейшее газообразование ограничивается.
По мере выхода газа из газосборника последний заполняется
водой из водохранилища.
Подготовка генератора к пуску. При подготовке генератора
к пуску нужно вначале установить его в вертикальном положе-
нии и заполнить водяной затвор водой до уровня контрольного
крана 17. Вода наливается через верхнюю дырчатую крышку
водяного затвора. Затем следует залить генератор водой на
50 мм выше перегородки 2. При этом кран 16 на водяном затво-
ре должен быть открыт, для того чтобы воздух из газосборника
мог свободно выходить наружу.
После этого нужно питающий резервуар 7 полностью запол-
нить водой при закрытых кранах 10 и 11 и насыпать в каждую
загрузочную коробку карбид грануляции 15/25 мм или 25/80 мм
не более 2,5 кг. Карбид должен занимать не более половины
объема секции. Затем коробки следует вставить в реторты, пос-
ле чего плотно закрыть их крышками 6 и перекрыть кран 16 на
водяном затворе.
Пуск в действие и обслуживание генератора во время рабо-
ты. Подготовленный к пуску генератор приводят в действие.
Для этого открывают продувочный краник 18 и поворотом кра-
на 10 или 11 впускают воду в соответствующую реторту. Для
удаления ацетилено-воздушной смеси из реторты ее продувают
выделяющимся ацетиленом.
После того как газосборник будет наполнен ацетиленом и
вода вытеснится в верхний резервуар, открывают кран 16 водя-
ного затвора и направляют ацетилен в горелку, продув им водя-
ной затвор и шланги для удаления из них ацетилено-воздушной
смеси, затем можно зажечь горелку.
Как только газообразование в первой реторте прекратится
и при открывании продувочного крана через него будет сливать-
ся известковая вода, кран 10 или 11 следует закрыть, пустить
воду во вторую реторту и продуть ее.
Первую реторту можно разгрузить спустя 5—7 мин, чтобы
дать остатку карбида в ней полностью разложиться. Разгрузку
реторты следует производить следующим образом: снять кры-
шку, вынуть коробку, вылить из нее ил, промыть реторту и ко-
робку водой, высушить коробку, заполнить ее карбидом, вста-
вить в реторту и закрыть последнюю крышкой.
Открывать крышку реторты можно только после того, как
реторта будет полностью заполнена водой и газ из нее спущен
через продувочный кран.
Воду в питающий резервуар следует доливать после переза-
рядки каждой реторты.
39
Проверку уровня воды в водяном затворе нужно произво-/
дить не реже трёх раз в смену, а также после каждого обрат-/
ного удара пламени.
При длительных .перерывах в работе (свыше 2 час) из гене-
ратора необходимо выпустить ацетилен, вынуть коробки с кар-
бидом, а в зимнее время слить воду через спускную пробку /9; :
спускной кран 20 затвора, а также из кольцевого резервуара
через трубку 8, шланг 9 и реторту 4.
Возможные неполадки в работе генератора. Если в генератор
загружается карбид в количестве, превышающем 2,5 кг (в ре-
торту), или грануляции мельче 15/25, то во время работы может
произойти выброс газа в атмосферу.
Потери газа наблюдаются также в случае загрузки карбида
в неисправную коробку. В случае засорения газоотводящие труб-
ки прочищают через горловину 21. При применении укорочен-
ной сифонной трубки происходит выброс газа в резервуар для
воды, подаваемой в реторту.
5. ПЕРЕДВИЖНОЙ ГЕНЕРАТОР ГВР-1.25М
Передвижной ацетиленовый генератор ГВР-1,25М работает
по системе «вытеснения» воды в сочетании с системой «вода на
карбид». Этот генератор одноретортный прерывного действия,
используется как однопостовой аппарат.
Конструкция и работа генератора. Генератор (рис. 10) состо-
ит из корпуса 11с вваренной в него ретортой 22. В верхней час-
ти корпуса расположен бачок 17 для воды, используемой для
разложения карбида и охлаждения, соединенный шлангом 18 с
регулятором подачи воды 20.
В регуляторе подачи воды имеется сетка 19, служащая филь-
тром. На корпусе генератора смонтированы водяной затвор 2.
мембранно-пружинный предохранительный клапан 15 и разрыв-
ная предохранительная мембрана 8. Корпус генератора запол-
няется водой через горловину пробки 14 и сетчатый фильтр до
уровня контрольного крана 21. Одновременно заливается ба-
чок 17.
После загрузки корзины 26 карбидом ее вставляют в ретор-
ту 22. Реторта закрывается крышкой 23 с резиновой прокладкой
с помощью траверсы 24 и винта 25. В закрытую реторту впуска-,
ют воду, вращая маховичок 9 против часовой стрелки. Выделя-
ющийся при разложении карбида ацетилен поступает в газо-
сборник генератора по трубке 13.
Регулятор 20 подает воду в реторту периодически, в зависи-
мости от давления газа в газосборнике.
Для нормальной работы генератора регулятор подачи воды
20 установлен так, что прекращает подачу воды в реторту при
40
подъеме давления в газосборнике до 0,11'—0,13 кгс/см? и начи-
нает подавать воду при снижении давления до 0,09—0,11 кгс!см2.
Таким образом, разница между давлением «отсечки» и давлени-
ем впуска воды не превышает 0,02 кгс/см2. Изменение регули-
ровки производится нажимной гайкой, имеющейся на винте ре-
гулятора.
По мере выделения ацетилена, из карбида кальция давление
в газосборнике и реторте возрастает и начинается вытеснение
Рис. 10. Передвижной ацетиленовый генератор среднего давления
ГВР-1.25М
воды из первой части реторты 7 во вторую — вытеснитель II че-
рез отверстие 27 в перегородке 12. Вследствие вытеснения воды
дальнейшее газообразование в реторте ограничивается и рост
давления в газосборнике замедляется. При отборе газа из газо-
сборника давление в нем уменьшается и вода снова переходит
в первую часть реторты, вследствие чего выделение газа во-
зобновляется.
При снижении давления в генераторе до 0,09—0,11 кгс!см2
одновременно с поступлением воды.из объема II реторты проис-
ходит пополнение реторты водой через регулятор подачи воды,
которое прекращается при повышении давления до 0,11—
0,13 кгс!см2.
41
Генератор снабжен манометром 16, показывающим давление !
в корпусе.
Для контроля за работой реторты служит пробный кран 10.
Отбор газа из генератора производится через трубку 7, вен- „
тиль 4, водяной затвор 2 и ниппель 6.
Перед пуском генератора водяной затвор наполняют водой
через штуцер 5 до уровня контрольного крана 3.
Для промывки водяного затвора и слива из него воды слу-
жит пробка 1. На водяном затворе установлена предохранитель-
ная мембрана, которая разрывается при обратном ударе пла-
мени и открывает выход газам в атмосферу.
Подготовка генератора к пуску. При подготовке к пуску ге-
нератор должен быть установлен вертикально и осмотрен. При
осмотре необходимо обратить внимание на наличие пломб на
предохранительном клапане, регуляторе подачи воды и маномет-
ре, а также исправность мембран на водяном затворе и крышке
генератора.
После осмотра необходимо подготовить генератор к пуску в
такой последовательности:
а) заполнить водой водяной затвор до уровня контрольного
крана 3;
б) открыть контрольный кран 21 на корпусе генератора и че-
рез горловину пробки 14 налить воду в верхний бак и в корпус
до начала слива ее из крана 21\
в) вращая маховичок 9 против часовой стрелки, убедиться в
том, что вода поступает в реторту;
г) закрыть контрольные краны 3, 21-и горловину пробки 14
для налива воды.
После заполнения генератора водой загрузить корзину 26
карбидом грануляции 25/80 до уровня ее верхних прутьев, но не
более 4 кг.
Вставить корзину 26 в реторту 22 и закрыть реторту крыш-
кой 23 при помощи нажимного винта '25 и траверсы 24.
При каждом первоначальном пуске необходимо:
а) продувать генератор через ниппель водяного затвора 6
при снятом шланге в течение 1,5—2 мин-,
б) приподнять за кольцо предохранительный клапан 15 во
избежание прилипания его резинового уплотнителя к седлу.
Обслуживание генератора в процессе работы. В процессе от-
бора газа необходимо следить за тем, чтобы температура ох-
лаждающей воды не превышала 60°, а давление в корпусе гене-
ратора не превышало 0,7 кгс!см2 и не снижалось до нуля во
избежание образования в генераторе вакуума.
При израсходовании заряда карбида (определяется по вы-
ходу воды из пробного крана 10) выключают подачу воды в
реторту и перезаряжают ее.
42
Перезарядку реторты производят в такой последовательно-
сти:
а) открывают пробный кран 10 на реторте и выпускают из
нее сначала воду, а затем газ (открывать крышку реторты до
слива воды и выпуска газа через кран 10 воспрещается);
б) открывают крышку реторты, вынимают корзину, очищают
реторту от ила и проход из первой части реторты во вторую, за-
гружают карбидом запасную корзину и вставляют ее в реторту;
в) плотно закрывают реторту крышкой;
г) вынутую из генератора корзину промывают водой и сушат
на воздухе.
После израсходования каждой загрузки карбида необходимо
пополнить водой бачок 17, для этого нужно:
а) открыть контрольный кран 21;
б) вывернуть пробку 14 заливной горловины;
в) залить бачок 17 водой до перелива ее в корпус и слива
через кран 21;
г) закрыть пробку 14 и кран 21.
Если температура охлаждающей воды в корпусе генератора
после разложения нескольких загрузок карбида поднимается
выше 60°, то необходимо произвести смену охлаждающей воды.
После окончания работы генератора необходимо промыть
реторту и Загрузочную корзину. В том случае, если на прутки
корзины уложена сетка, необходимо после каждой разгрузки
генератора тщательно промыть сетку, не допуская заиливания ее
отверстий. В зимнее время слить воду во избежание ее замерза-
ния из корпуса генератора, из бачка 17 через регулятор подачи
воды и реторту 22, из водяного затвора через сливную пробку 1.
Профилактический осмотр и регулировка генератора. Профи-
лактические осмотры генератора производят в следующие
сроки:
1) промывку клапана водяного затвора — два раза в месяц,
в том числе один раз с полной разборкой, чисткой и проверкой
надежности уплотнения;
2) чистку сетчатых фильтров регулятора подачи воды и гор-
ловины— не реже одного раза в неделю. Для промывки фильтра
регулятора подачи воды необходимо:
а) освободить от болтов и снять регулятор подачи воды;
б) отвернуть гайку с ниппелем;
в) вынуть и промыть сетку;
г) собрать и установить регулятор на место.
При общем осмотре (который рекомендуется производить
один раз в два месяца), а также при каждом вынужденном ре-
монте необходимо тщательно проверять состояние арматуры
генератора, устраняя неплотности в соединениях и утечку газа
в контрольных и пробных кранах. Каждые шесть месяцев гене-
ратор нужно окрашивать масляной краской в белый цвет.
43
Отсечка подачи воды устанавливается в такой последова-
тельности: заливают водой верхний бачок 17\ плотно закрывают
реторту генератора крышкой, а затем соединяют реторту Гене-
ратора и баллон со сжатым газом (азот, воздух, углекислота)
через кран 10. Газ, подводимый в реторту, должен быть реду-•
цирован до давления 0,5 кгс/см2. После этого поднимают давле-
ние в реторте до 0,09 кгс/см2 (давление контролируется по ма-
нометру), открывают доступ воды в реторту, вращая махови-
чок, и, медленно ввертывая гайку регулятора, устанавливают
начало подачи воды (начало подачи определяется по звуку), за-
тем медленно поднимают давление в реторте. При давлении
0,П—0,13 кгс/см2 подача воды в реторту должна прекращаться
(что также определяется по звуку).
Если подача воды прекратится при давлении более
0,13 кгс/см2, то нужно несколько вывернуть гайку регулятора,
снизить давление в реторте до нуля и затем вновь проверить
отсечку подачи воды вышеуказанным способом. При положи-
тельных результатах указанной выше проверки регулятор пода-
чи воды пломбируют.
Регулировку мембранно-предохранительного клапана произ-
водят каждые три месяца, а также в случае нарушения регу-
лировки после ремонта. Согласно техническим условиям клапан
должен обеспечивать полное уплотнение при давлении
0,68 кгс/см2, начало выпуска газа при давлении не ниже
0,7 кгс/см2 и полное открытие при давлении не выше 0,77 кгс/см2,
не допуская повышения давления в корпус генератора. При сни-
жении давления в корпусе генератора клапан прекращает вы-
пуск газа при давлении не ниже 0,68 кгс/см2.
Возможные неполадки в работе генератора. Если генератор
не обеспечивает нормальную производительность, необходимо ;
проверить и прочистить систему водоподачи: шланги, регулятор • < (
подачи воды и сетчатый фильтр.
При нарушении регулировки регулятора подачи воды давле- 1
ние в генераторе при отборе газа или падает ниже 0,08 кгс/см7 I
или быстро поднимается до 0,7 кгс/см2. В этом случае начинает- I
ся сброс газа в атмосферу, особенно при перерывах в отборе |
газа. |
Сброс газа в атмосферу, наблюдается также в том случае, |
когда отверстие между реактивной камерой и вытеснителем за- 1
бито илом. I
6. ГЕНЕРАТОР ГВР-3 . fl
Ацетиленовый генератор ГВР-3 работает по системе «вытес-; 1
нения воды» в сочетании с системой «вода на карбид». Генера-' 1
тор ГВР-3 является аппаратом прерывного действия и может. I
44 I
использоваться в качестве передвижного или стационарного ап-
парата.
Генератор может быть снабжен дополнительно шлюзовым
баком, который обеспечивает непрерывную работу. Емкость
шлюзового бака должна быть равна 40 л.
Конструкция и работа генератора. Генератор (рис. 11) состо-
ит из корпуса 18 с вваренными в него ретортами 37. В верхней
Рис. И. Ацетиленовый генератор среднего давления ГВР-3
части корпуса расположен бак для воды 32, соединенный труб-
кой 33 с регулятором подачи воды 35. В трубке 33 перед регу-
лятором подачи воды установлена сетка 34, служащая фильт-
ром. На корпусе генератора смонтированы водяной затвор 6,
мембранный предохранительный клапан 14 с регулирующим
винтом 13 и предохранительная мембрана 11.
Корпус генератора заполняется водой через горловину 15 до
уровня контрольного крана 20 (одновременно заливается ба-
чок 32).
45
Шлюзовый бачок 28 может быть установлен непосредственно!
на генераторе. В этом случае бачок присоединяется к горлови-
не 30 через пробковый кран 29, причем крышка горловины 15
переставляется на горловину 27 шлюзового бачка, а пробкой
горловины 30 заглушается горловина 31. При установке шлю-
зового бачка заливка воды в генератор производится через гор-
ловину 27. Заливать воду в генератор непосредственно через
горловину 30 категорически запрещается.
Корзины 38, загруженные карбидом, вставляют в реторты 37,
закрываемые крышками 36 с помощью траверс 22 и винтов 21.
После этого открывают кран 1 для впуска воды в одну из ре-
торт, которые работают поочередно.
Выделяющийся ацетилен поступает в газосборник генерато-
ра по трубам 19, через обратные клапаны 16, трубы 17 и про-
мывается в охлаждающей воде, залитой в корпус генератора.
Регулятор 35 подает воду в реторты периодически, в зависи-
мости от давления в них, которое всегда несколько выше дав-
ления в корпусе генератора.
Для нормальной работы генератора регулятор подачи воды
установлен на «отсечку» подачи воды в реторту при подъеме
давления в газосборнике выше 0,18—0,20 кгс!см2 и на начало
подачи воды — при снижении давления до 0,16—0,18 кгс)см.2, с
тем чтобы разница между давлением «отсечки» и давлением
пуска не превышала 0,02 кгс!см2.
По мере выделения ацетилена давление в газосборнике и
реторте возрастает, что приводит к вытеснению воды из первой
части реторты I во вторую II через отверстие 24 в перегород-
ке 23.
При снижении давления в генераторе до 0,16—0,18 кгс1см?
одновременно с поступлением воды из второй части реторты
происходит пополнение ее водой через регулятор подачи воды,
которое прекращается при давлении 0,18—0,20 кгс/см2 и выше..
Генератор снабжен арматурой и манометром 12, указываю-
щим давление в корпусе. Циферблат манометра имеет красную
черту на делении 0,7 к,гс]см2. Для контроля за работой реторт
служат краны 2.
Отбор газа из генератора производится через шланг, вен-
тиль 9, водяной затвор 6 и ниппель 7.
Перед пуском генератора водяной затвор 6 заполняют водой
через штуцер 8 до уровня контрольного крана 5.
Для промывки водяного затвора и спуска из него воды слу-
жат штуцера 3 и 4. На затворе установлена предохранительная
мембрана 10, которая разрывается при обратном ударе пламени
и открывает выход газов в атмосферу.
Подготовка к пуску и продувка генератора. Перед пуском
генератор должен быть осмотрен. При осмотре следует обра-
тить внимание на наличие пломб на предохранительном клапане,
46
манометре и регуляторе подачи воды и исправность мембра-
ны 10 на водяном затворе 6 и мембраны 11 на крышке генера-
тора.
После осмотра генератор подготовляют к пуску.
Заполняют водяной затвор до уровня контрольного крана 5,
открывают контрольный кран 20 на корпусе генератора и через
горловину 31 заливают воду в верхний бак и корпус до выхода
ее из крана 20. Если генератор снабжен шлюзовым бачком, то
заливка генератора производится из бачка через горловину 30 и
кран 29. Открыв поочередно краны 1, убеждаются в том, что
вода подается в реторты и закрывают контрольные краны 5, 20,
а также пробку горловины 31. t
При каждом запуске необходимо производить продувку ге-
нератора для удаления воздуха. Для продувки необходимо: за-
грузить в корзину 38 одной из реторт 2 кг карбида и вставить
ее в реторту 37; плотно закрыть реторту крышкой: впустить во-
ду в реторту через кран 1; продуть генератор образовавшимся
ацетиленом, выпуская его через водяной затвор и горелку (или
резак); долить воду в водяной бачок 32.
Произвести зарядку второй реторты, так как первая реторта
уже была заряжена 2 кг карбида для продувки; для этого за-
гружают в корзину 38 карбид до уровня ее верхних прутьев, но
не более чем 4 кг, вставляют корзину в реторту, закрывают ре-
торту и впускают в нее воду.
Обслуживание генератора в процессе работы. При повышении
давления в генераторе до 0,15—0,30 кгс!см2 начинают отбор
газа. В процессе отбора газа нужно следить за тем, чтобы тем-
пература охлаждающей воды не превышала 60°, а давление в
корпусе генератора не превышало 0,7 кгс/см2.
Спустя примерно 5 мин после включения второй реторты
следует перезарядить карбидом первую реторту, если в ней кар-
бид израсходован, что определяется по выходу воды через проб-
ный кран 2. Для этого открывают крышку реторты, вынимают
корзину, очищают реторту от ила, промывают корзину, просу-
шивают ее и, загрузив карбидом, вставляют снова в реторту.
Открывать крышку реторты до полного ее заполнения водой (до
начала выхода воды через кран 2) запрещается.
Затем плотно закрывают реторту крышкой при помощи тра-
версы и нажимного винта.
Когда карбид во второй реторте израсходован, следует пе-
рейти на работу от первой реторты, соответственно изменив по-
дачу воды кранами 1.
Через 5 мин после перехода на работу от другой реторты пе-
резаряжают отработанную.
После разложения карбида в двух ретортах необходимо по-
полнить водой бачок 32. Для этого вначале снижают давление
в генераторе до атмосферного через кран 20.
47
Затем открывают крышку горловины 31 и заполняют бачок
32 водой до начала перелива ее в,корпус и слива через кран 20
и закрывают горловину 31 и кран 20.
Если генератор снабжен дополнительным шлюзовым бачком.,
то для пополнения бачка 32 водой давление в генераторе не сни-
жают. Поступают следующим образом: сначала бачок 28 при
закрытом кране 29 наполняют водой через горловину 27 и плот-
но закрывают ее крышкой. Заливку, воды в бачок можно произ-
водить во время работы генератора, затем открывают кран 29,
переливают воду из бачка 28 в бачок 32 и закрывают
кран 29.
После смены воды продолжают работу, пополняя воду в
бачке 32, как указано выше.
Если температура охлаждающей воды в корпусе генератора
после выработки нескольких загрузок карбида поднимается вы-
ше 60°, следует произвести смену охлаждающей воды следую-
щим образом:
а) израсходовать загруженный карбид и разгрузить ре-
торту;
б) выпустить из генератора газ через кран 20;
в) открыть сливную пробку 25 и слить из генератора охлаж-
дающую воду, закрыть затем пробку 25;
г) открыть пробку заливной горловины 31;
д) заполнить генератор водой до уровня контрольного крана
20, закрыть кран 20 и пробку горловины 31;
е) произвести продувку генератора ацетиленом.
Если генератор снабжен шлюзовым бачком, то заполнение
его водой производится через горловину 27 и кран 29.
Не следует открывать пробку горловины 31 для наполнения
бачка 32 или для смены охлаждающей воды в корпусе 18 до
выпуска газа через кран 2 на одной из реторт, так как может
произойти выброс воды под давлением газа через заливную
горловину 31, что приведет к попаданию воздуха в корпус гене-
ратора.
В случае необходимости следует доливать водяной затвор
водой через штуцер 8 до уровня контрольного крана 5. Не ре-
же двух раз в смену проверять уровень воды в корпусе генера-
тора по контрольному крану 20. Избыток воды должен сливать-
ся через кран 20.
После окончания работы генератора промыть реторты и за-
грузочные корзины и полностью снизить давление в генераторе,
выпустив из него газ. В зимнее время нужно сливать воду из
генератора при длительных перерывах в работе во избежание
ее замерзания.
Профилактический осмотр и регулировка генератора. Профи-
лактический осмотр генератора производят в следующие
сроки:
48
а) промывку обратного клапана водяного затвора — два ра-
за в месяц через люк 26, в том числе один раз с полной разбор-
кой и чисткой затвора;
б) разборку и чистку обратных газовых клапанов — один раз
в месяц.
Установку момента «отсечки» воды при давлении 0,18—
0,2 кгс/см2 производят так же, как и в генераторе ГВР-1,25М.
Исправный регулятор подачи воды, установленный на отсечку
при давлении 0,18—0,20 кгс]см\ обеспечивает впуск воды при
давлении в генераторе 0,16—0,18 кгс1см?.
Регулировка подачи воды может производиться только при
отсутствии неисправностей в самом регуляторе и осуществлять-
ся под наблюдением лица, ответственного за работу генератора.
Фольга для разрывных мембран водяного затвора и корпуса
генератора должна быть подобрана так же, как и для генерато-
ра МГВ-0,8.
7, ПЕРЕДВИЖНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ МГВ-0,8 и АСМ-1-58
Передвижной ацетиленовый генератор МГВ-0,8 среднего дав-
ления работает по системе «вытеснения воды». Он является од-
нопостовым аппаратом прерывного действия и предназначен для
монтажных и ремонтных работ. Этот генератор может быть ис-
пользован для работы в зимних условиях на открытом воздухе,
для чего на него должен быть надет специальный ватный чехол.
Конструкция и работа генератора. Генератор (рис. 12) со-
стоит из вертикального цилиндрического корпуса 27 с верхним
7 и нижним 2 сферическими днищами. В верхнее днище 7 вва-
рена горловина 12, через которую в корпус вставляется корзина
13, укрепленная на крышке 11. Крышка 11 уплотняется при по-
мощи винта 10 и рычага 9, на концах которого прикреплены
латунные пластинки (обоймы).
Корпус генератора перегородкой 20 разделяется на две час-
ти: верхнюю — газообразователь 4 и нижнюю — промыватель 3,
сообщающиеся между собой трубкой 18. Пространство между
корпусом газообразователя 4 и шахтой 14 образует газовую по-
душку. Верхний конец трубки 18 расположен в газовом про-
странстве газообразователя, а нижний конец находится в воде
промывателя.
Над отверстием 16 трубки 18 приварено упорное кольцо 15,
на которое подвешивается стакан 17, препятствующий проник-
новению пены в промыватель. Залив воды в газообразователь и
промыватель производится через шахту. Как только уровень
воды в шахте достигнет отверстия 16, начинается перелив воды
в промыватель. Вода в промыватель 3 заливается до уровня
4—956 49
контрольного крана 19. Слив ила из газообразователя произво-
дится через штуцер 1, а слив воды из промывателя — через шту-
цер 28.
Загрузочная корзина изготовляется из стальных прутков,
расположенных на расстоянии 20 мм друг от друга.
Для разложения кусков карбида размером менее 20 мм (про-
валивающихся между прутками корзины) служит поддон 26,
снабженный отверстиями диаметром 8 мм.
Рис. 12. Передвижной ацетиленовый генератор среднего давления МГВ-0,8
Загруженную карбидом корзину опускают в шахту и уплот-
няют при помощи винта 10 и рычага 9. Образующийся ацетилен
по трубке 18 поступает в промыватель 3, проходит в нем через
слой воды. При этом газ охлаждается и промывается. Из про-
мывателя ацетилен по трубке 24 через вентиль 23 и водяной
затвор 6 поступает по трубке 25 в горелку.
50
На генераторе установлен манометр 8 и предохранительный
клапан 22. Верхние и боковые ручки служат для переноски ге-
нератора.
Подготовка к пуску. Перед пуском необходимо проверить на-
личие пломб на предохранительном клапане, манометре и раз-
рывных мембран на генераторе и водяном затворе. Перед пус-
ком следует также убедиться, что в корпусе генератора не
имеется посторонних предметов, стакан 17 надет до упора, кор-
пус генератора промыт и очищен от ила.
Затем нужно закрыть вентиль 23, открыть контрольные кра-
ны 19 и 5 на промывателе и водяном затворе и залить воду в
водяной затвор 6 до уровня контрольного крана, а также в га-
зообразователь и промыватель через горловину 12 до уровня
контрольного крана 19. После этого нужно закрыть контроль-
ные краны '19 и 5 на промывателе и водяном затворе.
Нажимный диск предохранительного клапана 22 нужно от-
тянуть за шток 21. В сухую очищенную от извести корзину 13
загрузить без утрамбовки и встряхивания карбид кальций до
уровня нижней стороны выреза. Карбид берется грануляции
25/80 и в количестве не более 2 кг на одну загрузку.
При эксплуатации генератора в зимнее время необходимо
надеть чехол и заполнить водяной затвор морозоустойчивым рас-
твором до уровня контрольного крана 5. Для заполнения затво-
ра может быть применен раствор из 55% этиленгликоля и 45%
воды (по весу). Раствор следует заменять свежим через каж-
дые 24 час работы генератора при' нормальной производитель-
ности. После этого можно заполнять генератор водой, в которой
не должно быть примеси льда и снега.
Пуск генератора и обслуживание его в процессе работы.
После проведения подготовительной работы генератор пускают
в действие. Для этого нужно сначала опустить загруженную
карбидом корзину 13 в шахту 14, быстро и плотно закрыть
крышку 11 с помощью рычага 9 и винта 10.
Затем открыть вентиль 23 и продуть ацетиленом генератор,
шланги и горелку (резак) в течение 1 мин. При работе от ге-
нератора МГВ-0,8 можно применять горелки и резаки, расход
газа у которых не превышает 0,8 мъ]час.
В процессе работы необходимо следить за давлением газа в
генераторе по показаниям манометра. Если давление газа по
какой-либ.о причине поднимается выше 1,5 kzcIcm'2, а предохра-
нительный клапан не травит газ, то следует выпустить газ при-
нудительно через предохранительный клапан с помощью што-
ка 21. После этого нужно израсходовать весь загруженный в
генератор карбид, выяснить причину повышения давления и
устранить ее. Проверить и при необходимости отрегулировать
предохранительный клапан. Если при отборе газа давление в ге-
нераторе превышает 0,5 кгс/см2 и при перерывах в отборе газа
4* 51
наблюдается выброс ацетилена в атмосферу, то это может иметь
место при заполнении генератора водой выше установленного
уровня. В этом случае необходимо израсходовать загруженную
порцию карбида и проверить, не засорилась ли трубка или
стакан, через которые вода из газообразователя поступает в
промыватель, прочистить и промыть их в случае необходи-
мости.
Давление в генераторе может повышаться свыше установ-
ленных пределов также при применении, карбида грануляции
меньше 25 мм.
При снижении производительности генератора с одновремен-
ным повышением давления в нем необходимо закрыть вентиль
на выходе газа из генератора и прочистить или промыть клапан,
газоподводящую трубку и выходной ниппель водяного за-
твора.
После разложения загруженного количества карбида пере-
зарядить генератор.
Для этого нужно вынуть, промыть и просушить корзину 13,
полностью слить ил и промывочную воду из генератора; про-
мыть корпус генератора от налета ила; слить конденсат из
шланга, налить воду в генератор и вновь загрузить его карби-
дом.
При каждой перезарядке генератора и после обратного уда-
ра пламени проверять уровень жидкости в затворе, в случае
необходимости пополняя затвор водой до уровня контрольного
крана или сливая воду через кран 5.
Если водяной затвор заполнен водой выше уровня контроль-
ного крана или отбор газа превышает 0,8 мъ1час, то наблюдает-
ся унос воды газом в шланги. При скоплении воды в шлангах
возникает пульсирующая подача газа в горелку.
Профилактические осмотры генератора производят в следу-
ющие сроки:
а) не реже двух раз в месяц прочищают трубки 18 и 24 ла-
тунным или алюминиевым прутком;
б) не реже одного раза в год производят гидравлическое ис-
пытание корпуса генератора на прочность под давлением
2,5 кгс!см2 при закрытом вентиле. Разрывная мембрана на во-
дяном затворе и выходное отверстие в корпусе предохранительно-
го клапана должны быть при этом заглушены. При гидравли-
ческом испытании генератор выдерживается под пробным дав-
лением в течение времени, необходимого для осмотра, но не
более 3 мин. Пневматические и гидравлические испытания, а
также осмотр генератора МГВ-0,8 должны производиться в соот-
ветствии с правилами Госгортехнадзора по испытанию сосудов,,
работающих под давлением;
в) не реже одного раза в год производят пневматическое;
испытание генератора на плотность под давлением 1,5 кгс/см2,
52 |
проверяют все соединения мыльной водой или погружением все-
го аппарата в воду.
Регулировку мембранного предохранительного клапана про-
изводят каждые три месяца. Клапан должен обеспечивать: пол-
ную герметичность при давлении до 1,45 кгс/см2; начало выпус-
ка газа при давлении 1,45— 1,5 кгс/см2 и выпуск не менее
0,8 м2!час газа при давлении 1,65 кгс/см2 без дальнейшего повы-
шения давления в корпусе генератора. При последующем пони-
жении давления газа в корпусе клапан должен полностью за-
крываться при давлении не ниже 1,4 кгс/см2.
Подбор и испытания разрывных предохранительных мембран.
Разрывные предохранительные мембраны могут быть изготовле-
ны из фольги, которая подбирается из имеющихся в наличии
сортов (оловянной, алюминиевой, свинцовой и др.),.нельзя при-
менять мембраны из меди и медных сплавов, содержащих бо-
лее 70% меди. Фольга должна отвечать следующим требова-
ниям:
а) не разрушаться при воздействии ацетилена и водяных па-
ров;
б) быть плотной и не пропускать газ;
в) при диаметре зажатия 9 мм разрываться при медленно
поднимающемся давлении в пределах от 3 до 4 кгс/см2 для во-
дяных затворов и 2—3 кгс/см2 для генераторов;
г) при диаметре зажатия в 9 мм под воздействием медленно
поднимающегося давления до 1,5 кгс/см2 в течение 1 час не вы-
гибаться более чем на 3 мм.
Проверка по п. «а» производится путем осмотра мембран
после двухчасового пребывания их в воде. Испытания по пп. «б»,
«в» и «г» производятся на стенде, состоящем из камеры давле-
ния с манометром и штуцерами и накидными гайками, анало-
гичными установленным на генераторе и водяном затворе. Ис-
пытанию подвергают три мембраны из каждого куска фольги
площадью 0,2 м2.
Смена разрывной мембраны должна производиться в случае
деформирования (выгибания) ее более 3 мм или разрыва мем-
браны.
Передвижной генератор АСМ-1-58. Передвижной генератор
Л СМ-1-58 работает по системе «вытеснения воды» и является
шшаратом прерывного действия среднего давления. Генератор
может применяться для работы в зимних условиях на откры-
том воздухе при температуре до —30°, для чего он сн-абжается
утепляющим чехлом.
При отборе ацетилена 1,25 м2/час генератор обеспечивает не-
прерывную работу в течение 25—28 мин, в зависимости от ка-
чества карбида кальция.
Конструкция генератора АСМ-1-58 аналогична конструкции
Генератора МГВ-0,8.
53
Глава V
ВОДЯНЫЕ ЗАТВОРЫ И ХИМИЧЕСКИЕ ОЧИСТИТЕЛИ
Водяные затворы (ГОСТ 8766—58). предназначены для за-
щиты ацетиленовых генераторов, трубопроводов и газосодержа-
щих емкостей от проникновения в них взрывной волны ацетиле-
но-кислородного пламени, а также кислорода и воздуха со сто-
роны потребления газа.
1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ ЗАТВОРОВ
Затворы изготовляются в соответствии с требованиями
ГОСТ 8766—58, по чертежам, утвержденным в установленном
порядке и согласованным с Всесоюзным научно-исследователь-
ским институтом автогенной обработки металлов (ВНИИАВТО-
ГЕН).
Конструкции- затворов должны отвечать следующим основ-
ным требованиям:
задерживать прохождение ацетилено-кислородного пламени
в ацетиленовые генераторы, трубопроводы и емкости с газом;
предохранять ацетиленовые генераторы, трубопроводы и ем-
кости стазом от проникновения в них кислорода и воздуха со
стороны потребления газа;
при расходе газа, превышающем номинальную пропускную
способность затвора не более 35%, унос воды в виде капель или
брызг не допускается;
иметь устройство для контроля уровня воды в них;
иметь запорное устройство на газоподводящей трубе;
при установке затвора на генераторе, снабженном запорным
устройством на патрубке для отбора газа, установка запорного
устройства на газоподводящей трубе затвора не обязательна;
быть доступными для очистки, промывки й ремонта.
Сопротивление затвора потоку газа при расходе, равном но-
минальной пропускной способности затвора и при заполнении
его водой до установленного уровня, не должно превышать
норм, указанных в табл. 7.
Таблица 7
Нормы сопротивлений водяных затворов
Пропускная способность затвора, м3[час Сопротивление, мм вод. ст.
Затворы низкого давления Затворы среднего давления
0,8 150
1,25 200 500
'2,0 250
3,2 350
54
Сопротивление затворов низкого давления
определяется при давлении газа, не превыша-
ющем наибольшее рабочее давление, а затво-
ров среднего давления — при давлении
0,35 кгс/см2.
На корпусе каждого затвора закрепляется
пластинка, на которой должны быть выбиты
или нанесены другим способом паспортные
данные затвора.
2. ВОДЯНОЙ ЗАТВОР ВЗНД-З-0,1
Водяной затвор ВЗНД-З-0,1 низкого давле-
ния имеет следующую техническую характери-
стику.
Нормальная пропускная способность —
3 м2/час.
Максимальное давление перед затвором
0,1050 кгс/см2.
Сопротивление затвора при номинальной
производительности 350 мм вод. ст.
Конструкция и работа затвора. Водяной
затвор ВЗНД-З-0,1 (рис. 13) состоит из ци-
линдрического корпуса 1, в который вварены
две трубки: газоподводящая 2, опущенная
почти до дна корпуса, и предохранительная
3, имеющая в верхней части воронку 4. Ниж-
ний конец предохранительной трубки распо-
ложен несколько выше, чем газоподводящей.
Затвор имеет запорный кран 5 и контрольный
кран 6. Воду наливают в затвор через воронку
4 до уровня контрольного крана 6.
Ацетилен поступает в затвор по газоподво-
дящей трубке 2 и, пройдя слой воды, собирает-
ся в газовом пространстве затвора, выходя
затем через ниппель в шланг и горелку.
Разностью уровня воды в предохранитель-
ной трубке 3, открытой сверху, и в затворе 1
определяет давление газа. Чем выше давле-
ние газа в затворе, тем больше разность уров-
ней воды и, следовательно, тем длиннее долж-
ны быть предохранительная и газоподводя-
щая трубки затвора.
При обратном ударе пламени взрывчатая
смесь проникает через шланг в газовое про-
Рис. 13. Водяной
затвор низкого
давления
ВЗНД-З-0,1
55
странство затвора, в результате чего давление в нем резко
повышается. Часть воды (от уровня контрольного крана до ниж-
него конца предохранительной трубки) вытесняется через пре-
дохранительную трубку в воронку и открывает выход взрывной
волне в атмосферу, одновременно вода заполняет газоподводя-
щую трубку 2, где образует водяную пробку, препятствующую
прохождению пламени в генератор через эту трубку.
После того как давлением газа вода будет вытеснена через
предохранительную трубку в воронку 4, давление в затворе
уменьшится до нормального и вода из трубок снова стечет в
корпус затвора.
В целях предупреждения образования «газового рукава» на
нижнем конце газоотводящей трубки укрепляют распределитель-
ную шайбу 7, диаметр которой в два-три раза больше диаметра
трубки 2.
Обслуживание затвора во время работы. Во время работы
затвора необходимо производить проверку уровня воды не реже
трех раз в смену. Количество проходящего через затвор газа не
должно превышать указанного в паспорте. При профилактичес-
ком осмотре необходимо проверять, не деформировалась ли рас-
пределительная шайба, а также прочищать отверстия в газопод-
водящей трубке 2.
3. ВОДЯНОЙ ЗАТВОР ЗСД-З-0,7
Назначение и характеристика. Водяной затвор ЗСД-З-0,7
среднего давления предназначен для защиты ацетиленового ге-
нератора и ацетиленовых трубопроводов среднего давления от
обратного удара пламени.
Техническая характеристика затвора
Нормальная пропускная способность . . 3 лг'^час
Максимальное давление перед затвором . 0,7 кгс/ся?
Сопротивление затвора при нормальной
пропускной способности . . . . . . • .0,05 кгс/см?
Конструкция и работа затвора. В дно корпуса 8 (рис. 14)
ввернут обратный клапан, состоящий из штуцера 13, шарика 11,
покрытого слоем резины, и колпачка 10, ограничивающего
подъем шарика 11.
На нижний конец штуцера навернут тройник 14, в боковой
отросток которого ввернута газоподводящая трубка 2 с вентилем
3. Нижний конец тройника закрыт пробкой 15, предназначенной
для спуска воды- из газоподводящей трубки и штуцера.
Сетка 1 служит фильтром для улавливания частиц карбид-
56
ного ила, окалины и др. В верхней части затвора расположена
разрывная мембрана 5, закрепленная накидной гайкой 6 между
двумя резиновыми прокладками. Затвор наполняется водой до
уровня контрольного крана 9 через пробку 4. Пробка 12 служит
для слива воды.
Ацетилен поступает в затвор по га-
зоподводящей трубке через клапан и
слой воды, а затем выходит через нип-
пель 7 в шланг. При обратном ударе
ацетилено-кислородного пламени дав-
лением воды клапан прижимается к
седлу и не пропускает обратный удар
в газоподводящую трубку. Давлением
взрыва мембрана 5 из фольги разры-
вается, и газообразная смесь выходит
в атмосферу.
Рабочее давление ацетилена в за-
творе не должно превышать 0,7 кгс!см2.
Пропускная способность затвора
равна 3 мъ1час при давлении поступа-
ющего ацетилена не менее 0,1 кгс!см2.
4. ВОДЯНОЙ ЗАТВОР ЗГГ-З
Назначение и характеристика. По-
стовой водяной затвор ЗГГ-З низкого
давления предназначен для защиты
трубопроводов городского и природно-
го газов от проникновения в них об-
ратного удара пламени.
Рис. 14. Водяной затвор
среднего давления
ЗСД-З-0,7
Техническая характеристика затвора
Нормальная пропускная способность . . 3 м^/час
Максимальное давление перед затвором 0,02 кгс/см?
Сопротивление затвора при нормальной
пропускной способности.................. 0,004 кгс)см'1
Конструкции и работа затвора. Затвор ЗГГ-З (рис. 15)
представляет собой цилиндрический сосуд 9, в крышку 8 кото-
рого вварены газоподводящая трубка 3 и предохранительная
трубка 7. На верхний конец газоподводящей трубы навернут
кран 4, при помощи которого перекрывают вход газа в затвор.
К верхнему краю предохранительной трубы приварена ворон-
ка 6 с отражателем 5. Воду в затвор заливают через воронку6
до уровня контрольного крана 1. Газ входит по газоподводящей
трубе и, пройдя через слой воды, поступает в корпус затвора.
57
Подача газа осуществляется через кран 4. Из затвора газ через
ниппель 2 поступает к потребителю. Пробка 10 служит для слй-
ва воды из затвора.
Обслуживание водяного затвора во время работы произво-
дится так же как и затвора низкого давления для ацетилена
ВЗНД-З-0,1.
5. ВОДЯНОЙ ЗАТВОР ЗНГ-2-60
Водяной затвор низкого давления-ЗНГ-2-60 (рис. 16) пред-
назначен для защиты трубопроводов городского и природного
газов от проникновения в них взрывной волны обратного удара
58
пламени и от поступления в трубопроводы кислорода и воздуха
со стороны потребления. Затвор используется в качестве посто-
вого. Давление газа перед затвором: максимальное —
350 мм вод. ст.-, минимальное — 100 мм вод. ст.
Нормальная пропускная способность затвора 5 м3/час. Со-
противление затвора при отборе газа в количестве 5 м?[час
80 мм вод. ст.
Рис. 16. Водяной затвор низкого дав-
ления ЗНГ-2-60 для газов — замени-
телей ацетилена:
/ — корпус, 2 — контрольный кран. 3 —
воронка, 4 — газоподводящая трубка, 5 —
предохранительная трубка, 6 — рассекатель
6. СУХОЙ ЗАТВОР ЗСС-2-60
Назначение и характеристика. Сухой сетевой затвор среднего
давления ЗСС-2-60 предназначен для защиты трубопроводов
городского, природного газов и пропано-бутановой смеси от про-
59
никновения в них взрывной волны обратного удара пламени
й поступления кислорода и воздуха со стороны потребления. За-
твор используется в качестве постового.
Техническая характеристика затвора
Пропускная способность ...... 5 м2 /час
Давление газа перед затвором:
максимальное............... . . . 1,0 кгс/см2
минимальное..................... . 0,45 кгс/см2
Максимальное сопротивление потоку газа 0,35 кгс/см2
Давление при испытании:
гидравлическое . . . . .
пневматическое . . . . .
Габариты;
диаметр ........
высота . . ......
Вес................... •
30 кгс/см2
1,5 кгс/см2
90 мм
145 мм
1,9 кг
Конструкция и работа затвора. Затвор (рис. 17) состоит из
корпуса 8, в котором смонтированы рассекатель 9 и пористая
вставка 10. Рассекатель и вставка удерживаются с помощью
Рис. 17. Сухой затвор среднего давления ЗСС-2-60 для газов — замените-
лей ацетилена
гайки И и подкладного кольца 5. Уплотнение осуществляется
прокладками 6. Корпус закрыт крышкой 12, которая уплотняет-
ся прокладкой 4. В крышку 12 ввернуто седло 14 клапана 15,
для уплотнения соединения служит прокладка 13. Золотник кла-
пана снабжен резиновым уплотнителем 16 и прижимается к сед-
лу пружиной 2. Опорой для пружины служит шайба 3, которая
ввертывается в седло. Для присоединения затвора к вентилю
трубопровода служит штуцер 17 с накидной гайкой 18, имею-
60
щей левую резьбу диаметром 21,8 мм, 14 ниток на 1". Уплотне-
ние достигается фибровой прокладкой 19, удерживаемой ниппе-
лем 1. При работе затвора газ из трубопровода поступает в шту-
цер 17 и через клапан 15 попадает в корпус затвора. Далее газ
через пористую бронзовую вставку 10 и отверстия в рассека-
теле 9 проникает в кольцевой зазор между корпусом 8 и рассе-
кателем 9 и выходит из затвора через ниппель 7.
При обратном ударе газокислородного пламени взрывная
волна проходит в затвор по ниппелю 7, ударяется о рассека-
тель 9 и отражается от него. Потеряв часть энергии, ослаблен-
ная взрывная волна проходит в кольцевой зазор между корпу-
сом и рассекателем, а затем через отверстия в рассекателе про-
никает внутрь корпуса, где пламя гасится пористой металло-
керамической вставкой. Одновременно благодаря повышению
давления в затворе клапан 15 плотно прижимается к седлу 14, и
прекращает дальнейший путь газу через затвор.
В случае поступления в затвор кислорода или воздуха со
стороны потребления давление в корпусе затвора также повы-
шается и обратный клапан 15 закрывается, не давая возможно-
сти проникнуть кислороду или воздуху в защищаемый трубопро-
вод для горючего газа.
7. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДЯНЫХ ЗАТВОРОВ ПРИ НИЗКИХ
ТЕМПЕРАТУРАХ
При эксплуатации водяных затворов в зимнее время их сле-
дует заливать морозоустойчивыми растворами. Для этого при-
меняются водные растворы этиленгликоля и глицерина. Указан-
ные растворы приготовляются
смешением двух объемов эти-
ленгликоля или двух объемов
глицерина с одним объемом
воды.
В зависимости от темпера-
туры окружающего воздуха
можно также использовать
растворы,, приготовленные сме-
шением равных объемов эти-
ленгликоля и воды или глице-
рина и воды.
В табл. 8 приведены значе-
ния температуры замерзания
водных растворов этиленглико-
ля в зависимости от их концен-
трации.
Таблица 8
Температуры замерзания водных
растворов этиленгликоля
в зависимости от их концентрации
Содержание воды в растворе, °/0 по объему Температура замер- зания, град
5 —23
10 —30
20 —47
30 . —67
33 —75
50 —34
60 —24
70 —13
80 — 9
61
Из табл. 8 видно, что в случае заполнения затвора рас-
твором этиленгликоля, содержащим менее 33 % воды, продолжи-
тельность действия залитой порции удлиняется, так как по мере
конденсации в растворе водянь
Таблица 9
Температуры замерзания водных
растворов глицерина в зависимости
от их концентрации
Содержание воды в растворе, °/0 по объему Температура замер- зания, град
24 —20
35 -39
55,7 —23
65 —15
83 — 5
паров, содержащихся в ацети-
лене, раствор разбавляется, но
температура его замерзания
понижается до содержания во-
ды, равном 33%, и только пос-
ле этого начинает снова по-
вышаться.
В табл. 9 приведены значе-
ния температур замерзания
водных растворов глицерина в
зависимости от их концентра-
ции.
Водные растворы глицерина
не оказывают коррозийного
действия на сталь.
8. КОНСТРУКЦИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ОЧИСТИТЕЛЕЙ
Химические очистители служат для очистки ацетилена от
фосфористого водорода, кремнистого водорода и сероводорода.
В качестве очистительной массы в них применяется порошко-
образное вещество — гератоль, представляющий собой инфузор-
ную землю, пропитанную раствором хромового ангидрида и сер-
ной кислоты. Состав гератоля (по весу): 11—13% хромового
ангидрида, 9—18% серной кислоты, 45—55% инфузорной земли,.
18—23% влаги.
Гератоль имеет желто-оранжевый цвет. Использованный ге-
ратоль приобретает темно-зеленую окраску и не подлежит реге-
нерации.
Конструкция очистителей. Химический очиститель представ-
ляет собой цилиндрический сосуд, внутри которого расположе-
ны одна или несколько горизонтальных металлических решеток.
На решетки укладывается слой марли и насыпается гератоль;
высота слоя гератоля должна быть в пределах 50—200 мм, в за-
висимости от давления очищаемого газа. При повышении давле-
ния газа высоту слоя гератоля увеличивают. Сверху гератоль.
покрывается также слоем марли для предупреждения его уноса
потоком газа.
Ацетилен подводится в очиститель снизу по трубе, имеющей
ряд отверстий для равномерного распределения газа по всему
сечению очистителя и обеспечения лучшего взаимодействия ге-
ратоля с газом. Скорость проходящего через очиститель ацети-
лена не должна превышать 1 л!час на 1 см2 полезной площади
решетки.
62
Подготовка очистителя к работе и обслуживание. Перед пус-
ком очистителя в работу необходимо загрузить его гератолем.
Для этого на каждую решетку следует уложить два слоя марли
и равномерно насыпать на них определенное количество герато-
ля, уплотнив его от руки.
Неравномерное засыпание гератоля и недостаточное уплот-
нение его может привести к образованию в слое порошка мест-
ных сквозных каналов, в результате чего ацетилен будет прохо-
дить только по этим каналам и не сможет достаточно очищать-
ся от примесей, что вызовет необходимость в частой перезарядке
очистителей.
При чрезмерном уплотнении гератоля сопротивление химиче-
ского очистителя будет сильно увеличено, что приведет к уве-
личению давления в газообразователе.
Необходимо следить за тем, чтобы загружаемый гератоль
был в порошкообразном состоянии, так как наличие крупных
кусков создает условия для образования сквозных каналов при
прохождении газа.
Необходимо следить за своевременной сменой и равномер-
ной загрузкой гератоля в очистителе, так как несвоевременная
смена гератоля ухудшает степень очистки ацетилена от вредных
примесей.
Глава VI
БАЛЛОНЫ, ВЕНТИЛИ И РЕДУКТОРЫ
ДЛЯ СЖАТЫХ ГАЗОВ
1. БАЛЛОНЫ
Общие сведения. Баллоны для хранения и перевозки сжатых,
сжиженных и растворенных газов изготовляются из бесшовных
углеродистых или легированных стальных труб. Изготовление
баллонов малой емкости до 12 л и средней емкости свыше 12 л
до 55 л с условным давлением до 200 кгс/см1 2 регламентируется
ГОСТ 949—57.
Баллон (рис. 18) состоит из цилиндрического корпуса 2
с нижним выпуклым днищем и верхней сферической горлови-
ной. На нижнюю часть баллона насаживается квадратный
башмак '1, придающий баллону устойчивость в вертикальном
положении.
В горловине баллона имеется коническое отверстие с резь-
бой, в которую ввертывается конический штуцер запорного вен-
тиля 4, через который баллон наполняется газом и из баллона
отбирается газ.
63
На горловину баллона насаживается и расчеканивается коль-
цо 5 с наружной резьбой, на которую навертывается колпак 5,
предохраняющий
1
Рис. 18. Баллон для
газов
вентиль от ударов и загрязнения.
Снаружи баллоны окрашиваются в ус-
ловные цвета и имеют надпись, указываю-
щую название газа, для которого они пред-
назначены (табл. 10).
На верхней сферической части баллона
выбиваются следующие клейма: товарный
знак завода-изготовителя; номер баллона;
дата (месяц и год) изготовления (испыта-
ния) и год следующего испытания; рабочее
давление Р и пробное гидравлическое 77;
емкость баллона в литрах; вес баллона в
килограммах; клеймо ОТК.
В случае отсутствия на баллоне хотя бы
одного из указанных клейм баллон бра-
куется.
Баллоны кислородные. Кислород хра-
нится и транспортируется в стальных бал-
лонах типа 150 и 150Л, в газообразном со-
стоянии под давлением 150 кгс!см2.
Наибольшее распространение имеют
баллоны емкостью 40 л. В такой баллон
вмещается 6 м3 кислорода (при 20° и 1 ата).
Баллоны типов 150 и 150Л применяют-
ся также для азота, сжатого воздуха, при-
родного и городского газов, метана и др.
Рабочее давление кислорода в наполненном
баллоне не должно превышать 150 кгс1см2
по манометру при температуре 20°. Ниже
Таблица 10
Цвета условной окраски баллонов
Наименование газа Цвет окраски баллонов Текст надписи Цвет надписи
.Ацетилен Белый Ацетилен Красный
Водород Темно-зеленый Водород Красный
Воздух Черный Сжатый воздух Белый
Кислород Голубой Кислород Черный
Пропан Красный Пропан Черный
Прочие горючие газы Красный Наименование газа Белый
64
приведены допустимые давления в кислородных баллонах при
различных температурах:
Окружающая темпе-
ратура, град . . . —30 —20 —10 0 10 20 30 40
Давление по мано-
метру, кгс/см2 . . . 124 129,5 134,5 139,5 145 150 155 160
Баллоны ацетиленовые. Баллоны для хранения и перевозки
ацетилена под давлением в целях предупреждения взрывчатого
распада заполняются специальной пористой массой из активи-
рованного угля (290—320 г угля на 1 л емкости баллона), кото-
рая пропитывается ацетоном (225—230 г ацетона на 1 л емкости
баллона).
При расходовании ацетилена часть ацетона (около
30—40 г/.и:! газа) уносится из баллона вместе с ацетиленом. ,
Для уменьшения потерь ацетона рекомендуется оставлять в
баллоне остаточное давление (0,5—1,0 ати) и отбирать газ из
баллона в количестве не более 1700 л/час.
Рабочее давление газа в наполненном ацетиленом баллоне
в соответствии с ГОСТ 5457—60 не должно превышать
19 кгс/см2 по манометру при температуре +20°. Ниже приводят-
ся пределы давлений в ацетиленовом баллоне при различных
температурах:
Окружающая тем-
пература, град . . . —5 0 +5 + 10 +15 +20 +25 +30 +35 +40
Давление по мано-
метру, кгс/см2 . . . 13,4 14,0 15,0 16,5 18,0 19,0 21,5 23,5 26,0 30,0
Баллоны для сжиженных газов. Для пропана и пропано-бу-
тановой смеси используются сварные баллоны (рис. 19), имею-
щие толщину стенки 3 мм. Они гораздо легче баллонов, изго-
товленных из бесшовных труб. Сварные баллоны выпускаются
емкостью 40 и 55 л. Предельное рабочее давление в баллонах
при 50° равно: для пропана 1V кгс/см2, бутана 4,1 кгс/см2.
2. ВЕНТИЛИ ДЛЯ БАЛЛОНОВ
Вентиль кислородный. Вентиль для кислородного баллона
(рис. 20) имеет латунный корпус 2 с коническим хвостовиком 1
для ввертывания в баллон и с боковым штуцером 3 для навер-
тывания накидной гайки редуктора или рампового змеевика.
Боковой штуцер имеет трубную резьбу диаметром 3/4".
Внутрь корпуса вентиля ввертывается клапан 4 с уплотни-
телем 5 из отожженной красной меди. На квадрат клапана на-
девается муфта 6, в которую с другой стороны вставляется квад-
ратный конец шпинделя 7.
В—956 65
9
На верхнюю часть корпуса навертывается накидная гайка,
под которую устанавливается фибровая прокладка, обеспечи-
вающая герметичность шпинделя 7. На выступающий наружу
конец шпинделя надевается маховичок 8. Между маховичком и
накидной гайкой для уменьшения трения устанавливается фиб-
ровая прокладка 9.
В коническое отверстие маховичка вставляется пружина 10,
закрепляемая гайкой 11. Под действием пружины буртик шпин-
деля прижимается к фибровой прокладке 9 и не пропускает
кислород между шпинделем и накидной гайкой. При повороте
Рис. 20. Вентиль кислородный
лон для пропана
Рис. 19. Сварной бал-
маховичка соединенный с ним шпиндель
вращает посредством
муфты клапан 4, открывая или закрывая канал вентиля.
Сжатый кислород, поступая из баллона, прижимает седло
шпинделя к фибровой прокладке, в результате чего еще более
увеличивается плотность соединения.
Все детали вентиля внутри и снаружи должны быть тщатель-
но обезжирены и предохраняться от загрязнения жирами и мас-
лами в процессе эксплуатации.
Кислородный вентиль может быть использован также для
азота, сжатого воздуха, углекислоты, аргона. Для горючих га-
зов применяются вентили специальных конструкций.
Вентиль водородный. Вентиль водородный отличается от кис-
лородного лишь размером и направлением резьбы бокового
присоединительного штуцера. Присоединительный штуцер водо-i
родного вентиля имеет левую трубную резьбу. ?
66
Водородный вентиль может быть использован для баллонов,
заполненных городским и природным газами.
Вентиль ацетиленовый. Вентиль ацетиленовый (рис. 21) при-
соединяется к рампе и редуктору при помощи специального
стального хомута, снабженного натяжным винтом.
В хвостовой части вентиля, ввертываемой в баллон, имеется
Рис. 21. Вентиль ацетиленовый
войлочный фильтр 2, зажатый между двумя стальными сетка-
ми 3 с размером ячеек 1,4 мм.
Для удержания фильтра и сеток в корпусе вентиля устанав*
ливается проволочное пружинящее кольцо 1.
Уплотнение между шпинделем 4 и корпусом 5 достигается-
! при помощи набора кожаных сальниковых колец 7, опирающих-
f ся на сальниковое кольцо 6 и сжимаемых сальниковой гай-
I кой 8,
I Фильтр и сетки предохраняют вентиль и редуктор от засо-
tрения частицами пористой массы.
I В* 67'
Ацетиленовый вентиль не имеет маховика; открытие и закры-
тие вентиля производятся специальным торцовым ключом, на-
деваемым на квадрат 9 шпинделя 4. Для уплотнителя 10 приме-
няется эбонит.
Вентиль для пропано-бутановых смесей. Вентиль для пропа-
но-бутановых смесей показан на рис. 22. Для обеспечения герме-
Рис. 22. Вентиль для пропано-бутановых смесей
тичности внутри газовой полости вентиля помещен резиновый
ниппель 3, который надевают на запорный шпиндель 2 и зажи-
мают между корпусом 1 и направляющей шайбой 4.
3. РЕДУКТОРЫ ДЛЯ СЖАТЫХ ГАЗОВ
Редукторы служат для понижения давления газа, отбирае-
мого из баллона или сети, а также для поддержания этого дав-
ления постоянным независимо от изменения давления газа в
баллоне.
С помощью редукторов производится регулирование давле-
ния и расхода сжатого газа.
Редукторы делятся на группы:
а) по назначению — на кислородные, ацетиленовые, водород-
ные, метановые, пропан-бутановые и т. п.;
б) по пропускной способности — на баллонные и рамповые;
68
в) по принципу действия — прямого действия (газ, действуя
на клапан, стремится открыть его) и обратного1 действия (газ
стремится закрыть клапан);
г) по числу камер — на однокамерные и двухкамерные.
На рис. 23 дана схема редуктора обратного действия. Газ
из баллона или сети поступает в камеру 8. При вращении на-
жимного винта 2 по часовой стрелке он будет ввертываться в
крышку 1 и сжимать пружину 3, которая выгибает резиновую
мембрану 4, передвигает диск со штоком 5 и поднимает клапан 9,
Рис. 23. Схема редуктора обратного действия
который при своем подъеме сжимает пружину 7, так что газ из
камеры 8 может поступать в камеру рабочего (низкого) давле-
ния. Через запорный вентиль газ может выходить из редуктора
в горелку или резак.
Если выход газа через запорный вентиль уменьшится, то дав-
ление в камере низкого давления повысится, мембрана 4 выпра-
вится, пружина 3 сожмется, диск со штоком 5 опустится вниз и
клапан 9 под действием пружины 7 перекроет седло 10, прекра-
тив поступление газа в камеру низкого давления. При последую-
щем увеличении отбора газа давление в камере низкого давле-
ния понижается, мембрана 4 вновь прогибается вверх и процесс
повторяется.
Манометры 6 и 11 служат для измерения давления газа соот-
ветственно в камере высокого и низкого давления.
69
Рис. 24. Редуктор кислородный однокамерный РК-53
В камере низкого давления имеется также предохранитель-
ный клапан, который служит для сброса газа в атмосферу в
случае повышения его давления сверх установленного пре-
дела.
Кислородные постовые редукторы. Редукторы кислородные
предназначены для понижения давления газообразного кисло-
рода, поступающего в редуктор из сети или баллона до рабочего
давления, в пределах 1-4-15 кгс!см2.
Наиболее широкое распространение получили постовые ре-
дукторы обратного действия однокамерные типа РК-53 и двух-
камерные типа РКД-59.
Кислородный редуктор РК-53 (рис. 24) однокамер-
ный постовой обратного действия предназначен для обслужива-
ния одного поста при газопламенной обработке металлов.
Техническая характеристика редуктора
Наибольшее давление на входе . 150 KZcfcM-
Пределы регулирования рабочего
давления............................1-4-15 кгс/см:1
Наибольшая пропускная способ-
ность при наибольшем рабочем дав-
лении ...............................С)0”л:!/час
Редуктор РК-53 состоит из корпуса 1, входного 3 и расход-
ного 5 штуцеров и крышки 2. Накидной гайкой 4, расположен-
ной на входном штуцере, редуктор присоединяется к баллонно-
му вентилю или трубопроводу. В штуцере имеется фильтр,
предохраняющий редуктор от засорения.
Перед присоединением редуктора к баллону необходимо;
продуть штуцер вентиля, кратковременно открыв вентиль; при-
соединить редуктор и ключом затянуть накидную гайку, вы-
вернуть регулирующий винт до полного его ослабления; мед-
ленно открыть вентиль баллона (или кислородопровода); в слу-
чае обнаружения пропуска газа из-под накидной гайки подтя-
нуть ее, предварительно закрыв вентиль баллона; отрегулиро-
вать рабочее давление плавным ввертыванием регулирующего
винта.
При установке редуктора и открывании вентиля баллона
следует находиться сбоку от редуктора.
Во время работы редуктора необходимо периодически регу-
лировать рабочее давление, так как по мере расхода газа из
баллона рабочее давление несколько изменяется.
Редуктор следует предохранять от ударов, сильных толчков,
а также от попадания на . него капель расплавленного ме-
талла.
71
В случае «замерзания» редуктора во время работы следует
отогревать его только горячей водой или паром.
При разрыве мембраны (газ не будет поступать в горелку,
а начнет выходить в атмосферу через отверстия в крышке) не-
обходимо прекратить работу, закрыть вентиль баллона, снять
редуктор и сменить мембрану.
Окончив работу, нужно закрыть вентиль баллона и вывер-
нуть регулирующий винт редуктора до полного ослабления, пос-
ле чего можно снять редуктор с вентиля баллона.
Рис. 25. Редуктор кислородный двухкамерный РКД-59
Унифицированные постовые двухкамерные кислород-
ные р е д у к т о р ы РКД-8-59 (рис. 25) для сварки и РКД-15-59
для кислородной резки предназначены для обслуживания одного
рабочего поста.
Редукторы различаются размерами рабочих пружин второй
ступени редуцирования. Техническая характеристика редукто-
ров РКД-59 дана в табл. 11.
Ацетиленовые постовые редукторы. Редукторы ацетиленовые
предназначены для понижения давления ацетилена, поступаю-
щего в редуктор из баллона или распределительного трубопро-
вода, до рабочего давления.
Ацетиленовые редукторы присоединяются к источнику пита-
ния при помощи хомута, надеваемого на корпус вентиля. Для
72
Таблица 11
Техническая характеристика редукторов РКД-59
1 и/u 1 Редукторы > Максимальное давле- ние на входе, кгс/см2 Пределы регулировки рабочего давления, кгс/см2 Пропускная способ, ность при максималь- ном рабочем давлении, м*/час
1 РКД-8-59 150 0,5+8 25
2 РКД-15-59 150 1ч-15 60
отбора газа служит шланговый ниппель. Наиболее распрост-
раненными являются постовые редукторы РА-50 и ДАР-55.
Редуктор РА-50. Ацетиленовый редуктор РА-50 (рис. 26)
Рис. 26. Редуктор ацетиленовый РА-50
однокамерный обратного действия предназначен для обслу-
живания одного рабочего поста при газопламенной обработке
металлов.
Техническая характеристика редуктора РА-50
Давление на входе в редуктор ... 16 кгс/см2
Пределы регулирования рабочего дав-
ления ............. 0,024-1.5 кгс/см'1
Максимальная пропускная способность
при рабочем давлении 1,5 кгс/см2 . . 5 м2/час
73
Конструкция редуктора РА-50 и его работа принципиально
не отличаются от конструкции и работы редуктора РК-53. Раз-
личны только размеры главной и запорной пружин. Фильтром
в данном редукторе служат войлочные прокладки и сетка, рас-
положенные в канале входного штуцера.
Редуктор-регулятор ДАР-55. Редуктор-регулятор
ДАР-55 однокамерный и предназначен для понижения давления
ацетилена при расходовании его из баллона или распредели-
тельного трубопровода до рабочего давления.
Конструкция редуктора-регулятора обеспечивает повышен-
ную точность регулирования и постоянного поддержания рабо-
чего давления. Редуктор-регулятор присоединяется к источнику
питания при помощи хомута, надеваемого на корпус вентиля.
Техническая характеристика редуктора-регулятора ДАР-55
Максимальное давление перед редук-
тором . ................... 16 кгс/см2
Пределы регулирования рабочего дав-
ления ..........................0,054-1,5 кгс/см2
Максимальный расход газа при давле-
нии 1,5 кгс/см2.............. . 5 м3/час
Редукторы для газов — заменителей ацетилена. Водород-
ные постовые редукторы. Редукторы РВ-50 и РВ-55
применяются для понижения давления водорода, поступающе-
го из баллона или магистрали, до величины рабочего давления,
а также поддержания этого давления постоянным на установ-
ленном уровне.
Техническая характеристика редуктора РВ-55
Наибольшее давление перед редук- , '
тором.............. 150 кгс/см2 '
Пределы регулирования рабочего
давления *....................... 1-J-15 кгс/см2
Наибольшая пропускная способ- i
ность при наибольшем рабочем дав- 1
лении .......................... 100 м2/час i
Размер резьбы присоединительной ’ J
гайки...........................021,8 мм, левая |
трубная 14 ниток на |
1"
Вес.......................... 1,95 кг |
Редукторы РВ-50 и РВ-55 созданы на базе однокамерного]
кислородного редуктора РК-53. I
Различие между водородным и кислородным редуктором]
имеется лишь в размерах резьбы накидных гаек штуцера. Ре-|
дукторы водородные РВ-50 и РВ-55 применяются для редуци!
рования городского, нефтяного, коксового, природного газов ш
метана. 1
74
Редуктор РД-1. Редуктор РД-1 применяется для пони-
жения давления сжиженных горючих газов (пропана, бутана и
др.), поступающих из баллона или распределительной сети.
Техническая характеристика редуктора РД-1
Максимальное давление перед ре-
дуктором .......................... 20 кгс/см2
Пределы регулирования . . . .от0,05 до 1,5кгс/см2
Пропускная способность . . . . от 0,25 до 5 м2/час
Размеры резьбы присоединительной
гайки..........................021,8 мм, левая
трубная 14 ниток
на 1"
Ввиду того что сжиженные газы разъедают резину, необхо-
димо тщательно следить за мембранами. Материалом для мем-
бран служит мембранное полотно толщиной 0,8 мм, пропитанное
бензомаслостойкой резиной.
Глава VII
ТРУБОПРОВОДЫ
1. ТРУБОПРОВОДЫ ДЛЯ АЦЕТИЛЕНА, МЕТАНА И ДРУГИХ
ГОРЮЧИХ ГАЗОВ
В зависимости от давления ацетилена трубопроводы делят-
ся на три группы: низкого давления — до 0,1 кгс/см2, среднего
давления —от 0,1 до 1,5 кгс/см2 и высокого давления — свыше
1,5 кгс/см2.
По цеховым газопроводам ацетилен транспортируется, как
правило, только под низким и средним давлением. Ацетилено-
вые трубопроводы высокого давления применяются только в це-
хах производства растворенного ацетилена.
Ацетиленопроводы должны изготовляться из стальных бес-
шовных труб (ГОСТ 8734—58). Вследствие того, что наиболь-
шую опасность представляет ацетилен среднего и высокого дав-
ления, взрыв которого может перейти в детонацию, максималь-
ный диаметр трубопровода для ацетилена ограничивается. Так,
например, внутренний диаметр ацетиленопровода среднего дав-
ления не должен превышать 50 мм, а высокого давления—20 мм.
При большом расходе ацетилена среднего и высокого давления
необходимо прокладывать несколько параллельных линий. Тру-
бы должны соединяться сваркой, фланцевые и резьбовые
соединения допускаются только в местах присоединения к обо-
рудованию, арматуре и др. Трубопроводы должны быть зазем-
лены.
Для предупреждения замерзания и закупорки газопроводов,
75
транспортирующих влажный газ, у источников газопитания сле-
дует устанавливать осушители газа. Ввод газопровода в цех
должен' быть осуществлен в непосредственной близости к месту
его потребления. На вводе внутри цеха должен быть установлен
запорный вентиль и манометр, защищенный металлическим шка-
фом и расположенный в доступном для обслуживания месте.
Высота прокладки газопровода над полом должна быть не ниже
2,5 м. Расстояние (по вертикали) между трубопроводами для
ацетилена и кислорода, а также других газов должно быть не
менее 250 мм. Ацетиленопровод располагается выше трубопро-
водов для кислорода, метана и других газов и окрашивается в
белый цвет.
Газопроводы должны .прокладываться с уклоном не менее
0,002 в сторону влагосборника, устанавливаемого в низшей точ-
ке трассы газопровода. В концевых точках газопровода должны
иметься штуцера с заглушками или пробками для удаления воз-
духа при гидравлических испытаниях и для продувки газопро-
вода.
2. ТРУБОПРОВОДЫ ДЛЯ КИСЛОРОДА
В зависимости от давления трубопроводы для кислорода
делятся на кислородопроводы низкого давления — до 0,7 кгс/см2
включительно; среднего давления — свыше 0,7 кгс/см2 до
16 кгс/см2 и высокого давления — свыше 16 кгс/см2 до
220 кгс/см2. Кислородопроводы среднего давления должны из-
готовляться из стальных бесшовных труб. Кислородопроводы
высокого давления изготовляются только из медных или латун-
ных труб. Трубы кислородопроводов соединяются сваркой. Флан-
цевые и резьбовые соединения допускаются только в местах
присоединения арматуры и оборудования. Кислородопровод пе-
ред сдачей в эксплуатацию должен быть обезжирен и заземлен.
Запрещается прокладка кислородопровода через цехи, не свя-
занные с потреблением газа, по наружным стенкам зданий
категорий А и Б, в которых не производится и не потребляется
транспортируемый газ, а также совместно с электрическими
коммуникациями, включая и линии связи.
На вводе газопровода в цех, внутри цеха должен быть уста-
новлен запорный вентиль и манометр, защищенный металличес-
ким шкафом. Кислородопровод окрашивается в голубой цвет.
3. ГАЗОРАЗБОРНЫЕ ПОСТЫ
В местах потребления горючих газов и кислорода для газо-
пламенной обработки — сварки, резки, закалки и других про-
цессов— должны быть установлены газоразборные посты. Газо-
76
разборный пост для ацетилена должен иметь водяной затвор с
соответствующей запорной арматурой.
Газоразборный пост для газов-—заменителей ацетилена:
пропано-бутановой смеси, природного или' городского газа и
т. п.— также должен быть снабжен водяным затвором и соот-
ветствующей запорной арматурой. В том случае, если по трубо-
проводу подается газ под давлением, превышающим 0,7 кгс!см?,
перед предохранительным затвором устанавливается редуктор.
Газоразборный пост для кислорода снабжается кислородным
вентилем со штуцером для присоединения кислородного редук-
тора.
Газоразборные посты должны размещаться в металлических
шкафчиках, закрываемых на замок, окрашенных масляной крас-
кой и имеющих отверстия для естественного проветривания вну-
тренности шкафа. Снаружи шкафчики окрашиваются: для кис-
лорода в голубой цвет с надписью черными буквами «кислород,
маслоопасно»; для ацетилена в белый цвет с надписью красны-
ми буквами «ацетилен, огнеопасно»; для нефтегаза в серый цвет
с надписью красными буквами «нефтегаз, огнеопасно»; для ме-
тана, пропано-бутана, городского и природного газов в красный
цвет с надписью белыми буквами «горючий газ, огнеопасно».
Постовые затворы должны применяться таких конструкций,
которые соответствуют давлению газа в газопроводе, а их про-
пускная способность должна обеспечивать максимальный отбор
газа, но не менее 3,2 м-Ччас.
Расстояние между шкафчиками для кислорода и для ацети-
лена или другого горючего газа должно быть не менее 150 мм.
Шкафчики устанавливают на высоте не ниже 600 мм от пола.
Арматура для кислородопроводов изготовляется из цветных ме-
таллов (латуни, бронзы), а для ацетилена — из чугуна или ста-
ли, в зависимости от величины рабочего давления. Для регули-
рования давления в ацетиленовых и кислородных трубопроводах
в случае необходимости применяют редукторы. Для уменьшения
потери напора кислорода при прохождении через запорный вен-
тиль на газоразборном посту применяют вентили с увеличенны-
ми диаметрами каналов.
4. ПЕРЕПУСКНЫЕ РАМПОВЫЕ УСТАНОВКИ
Для подачи газа одновременно из целой группы баллонов в
магистральный трубопровод или для питания установок с боль-
шим расходом газа применяют коллекторы, перепускные рампы,
устанавливаемые в отдельном помещении.
Перепускная кислородная рампа состоит из двух ветвей
(коллекторов), представляющих собой латунные трубы с внут-
ренним диаметром 20 мм. Один конец трубы присоединяется к
77
транспортирующих влажный газ, у источников газопитания сле-
дует устанавливать осушители газа. Ввод газопровода в цех
должен' быть осуществлен в непосредственной близости к месту
его потребления. На вводе внутри цеха должен быть установлен
запорный вентиль и манометр, защищенный металлическим шка-
фом и расположенный в доступном для обслуживания месте.
Высота прокладки газопровода над полом должна быть не ниже
2,5 м. Расстояние (по вертикали) между трубопроводами для
ацетилена и кислорода, а также других газов должно быть не
менее 250 мм. Ацетиленопровод располагается выше трубопро-
водов для кислорода, метана и других газов и окрашивается в
белый цвет.
Газопроводы должны .прокладываться с уклоном не менее
0,002 в сторону влагосборника, устанавливаемого в низшей точ-
ке трассы газопровода. В концевых точках газопровода должны
иметься штуцера с заглушками или пробками для удаления воз-
духа при гидравлических испытаниях и для продувки газопро-
вода.
2. ТРУБОПРОВОДЫ ДЛЯ КИСЛОРОДА
В зависимости от давления трубопроводы для кислорода
делятся на кислородопроводы низкого давления — до 0,7 кгс/см2
включительно; среднего давления — свыше 0,7 кгс/см2 до
16 кгс/см2 и высокого давления — свыше 16 кгс/см2 до
220 кгс/см2. Кислородопроводы среднего давления должны из-
готовляться из стальных бесшовных труб. Кислородопроводы
высокого давления изготовляются только из медных или латун-
ных труб. Трубы кислородопроводов соединяются сваркой. Флан-
цевые и резьбовые соединения допускаются только в местах
присоединения арматуры и оборудования. Кислородопровод пе-
ред сдачей в эксплуатацию должен быть обезжирен и заземлен.
Запрещается прокладка кислородопровода через цехи, не свя-
занные с потреблением газа, по наружным стенкам зданий
категорий А и Б, в которых не производится и не потребляется
транспортируемый газ, а также совместно с электрическими
коммуникациями, включая и линии связи.
На вводе газопровода в цех, внутри цеха должен быть уста-
новлен запорный вентиль и манометр, защищенный металличес-
ким шкафом. Кислородопровод окрашивается в голубой цвет.
3. ГАЗОРАЗБОРНЫЕ ПОСТЫ
В местах потребления горючих газов и кислорода для газо-
пламенной обработки — сварки, резки, закалки и других про-
цессов— должны быть установлены газоразборные посты. Газо-
76
разборный пост для ацетилена должен иметь водяной затвор с
соответствующей запорной арматурой.
Газоразборный пост для газов-—заменителей ацетилена:
пропано-бутановой смеси, природного или' городского газа и
т. п.— также должен быть снабжен водяным затвором и соот-
ветствующей запорной арматурой. В том случае, если по трубо-
проводу подается газ под давлением, превышающим 0,7 кгс!см?,
перед предохранительным затвором устанавливается редуктор.
Газоразборный пост для кислорода снабжается кислородным
вентилем со штуцером для присоединения кислородного редук-
тора.
Газоразборные посты должны размещаться в металлических
шкафчиках, закрываемых на замок, окрашенных масляной крас-
кой и имеющих отверстия для естественного проветривания вну-
тренности шкафа. Снаружи шкафчики окрашиваются: для кис-
лорода в голубой цвет с надписью черными буквами «кислород,
маслоопасно»; для ацетилена в белый цвет с надписью красны-
ми буквами «ацетилен, огнеопасно»; для нефтегаза в серый цвет
с надписью красными буквами «нефтегаз, огнеопасно»; для ме-
тана, пропано-бутана, городского и природного газов в красный
цвет с надписью белыми буквами «горючий газ, огнеопасно».
Постовые затворы должны применяться таких конструкций,
которые соответствуют давлению газа в газопроводе, а их про-
пускная способность должна обеспечивать максимальный отбор
газа, но не менее 3,2 м-Ччас.
Расстояние между шкафчиками для кислорода и для ацети-
лена или другого горючего газа должно быть не менее 150 мм.
Шкафчики устанавливают на высоте не ниже 600 мм от пола.
Арматура для кислородопроводов изготовляется из цветных ме-
таллов (латуни, бронзы), а для ацетилена — из чугуна или ста-
ли, в зависимости от величины рабочего давления. Для регули-
рования давления в ацетиленовых и кислородных трубопроводах
в случае необходимости применяют редукторы. Для уменьшения
потери напора кислорода при прохождении через запорный вен-
тиль на газоразборном посту применяют вентили с увеличенны-
ми диаметрами каналов.
4. ПЕРЕПУСКНЫЕ РАМПОВЫЕ УСТАНОВКИ
Для подачи газа одновременно из целой группы баллонов в
магистральный трубопровод или для питания установок с боль-
шим расходом газа применяют коллекторы, перепускные рампы,
устанавливаемые в отдельном помещении.
Перепускная кислородная рампа состоит из двух ветвей
(коллекторов), представляющих собой латунные трубы с внут-
ренним диаметром 20 мм. Один конец трубы присоединяется к
77
магистральному запорному вентилю, а другой конец заглу-
шается.
На трубе каждой ветви устанавливаются штуцера с резьбой,
в которые ввертываются запорные вентили по числу присоеди-
няемых баллонов. К запорным вентилям при помощи гибких
медных змеевиков, имеющих на концах ниппели и накидные
гайки, присоединяются кислородные баллоны. Для подачи газа
под рабочим давлением из рампы по трубопроводу после Глав-
ного рампового вентиля ставится рамповый кислородный редук-
тор. При помощи рампового редуктора давление кислорода, во-
дорода, городского и природного газов снижается с 150 кгс!см-
до 3—15 кгс/см2. Перепускная ацетиленовая рампа отличается
от кислородной тем, что ее коллектор изготовляется из цельно-
тянутых стальных труб. Запорные ацетиленовые вентили, уста-
новленные на коллекторах, соединяются с ацетиленовыми бал-
лонами при помощи резинотканевых шлангов с хомутами.
Для снижения давления газа после коллектора устанавлива-
ют рамповый ацетиленовый редуктор. При помощи этого редук-
тора давление' ацетилена снижается с 20 кгс!см2 до 0,05—
1,5 кгс/см2. Коллектор снабжается манометрами для измерения
давления в рампе и баллонах, а также предохранительным
клапаном.
5. ШЛАНГИ
Шланги (ГОСТ 8318 — 57) для газопламенной обработки
металлов должны иметь'внутренний диаметр 9—12 мм. Допус-
кается применение на специальных работах по резке и сварке
шлангов диаметром 16 и 18 мм. Шланги состоят из внутреннего
и наружного слоев резины и одного или нескольких промежу-
точных слоев прорезиненной ткани. Толщина внутреннего рези-
нового слоя должна быть не менее 2 мм, наружного — 1 мм.
Шланги могут быть использованы только соответственно их на-
значению, т. е. ацетиленовые — для ацетилена, а кислородные —
для кислорода. Для подвода к аппаратуре жидких и сжижен-
ных горючих используются шланги, изготовленные из резины,
стойкой против разъедания ее нефтепродуктами. Запрещается
присоединение к шлангам тройников, вилок и других устройств
для включения в один шланг нескольких горелок или резаков.
При закреплении шлангов на горелках и резаках пользуются
специальными хомутиками. Можно применять для этой цели
отожженную проволоку, обвязывая конец шланга не менее чем
в двух местах на длине ниппеля.
На ниппели водяных затворов шланги должны надеваться
плотно, без крепления. Шланги при работе необходимо обере-
гать от возможных повреждений: сплющивания, перегибания и
скручивания. Нельзя пользоваться замасленными шлангами.
78
Длина шлангов должна быть в пределах от 8 до 20 м и только
при специальных работах с разрешения главного инженера мож-
но пользоваться шлангами длиной до 40 м. Увеличение диамет-
ра ниппеля, на который надевается шланг, при помощи изоля-
ционной ленты или других способов запрещается. В случае ре-
монта шланга необходимо вырезать на нем участки с дефект-
ными местами и отдельные куски соединить двухсторонним
шланговым ниппелем (ГОСТ 1078—59) (но не отрезком гладкой
трубы). Длина стыкуемого отрезка шланга должна быть не ме-
нее 3 м.
6. указатели расхода и давления газов
Для учета вырабатываемого ацетилена можно применять
мокрые объемные счетчики, известные под Названием «газо-
вые часы».
При эксплуатации мокрых газовых счетчиков необходимо сле-
дить за постоянством установленного уровня воды в счетчике,
так как в противном случае его показания будут неправильными.
Для учета вырабатываемого газа может также применяться
ротационный газовый счетчик 1-РС-100, являющийся сухим объ-
емным газомером с вращающимися роторами, измеряющий объ-
ем пропускаемого газа. Счетчик рассчитан на давление газа в
сети до 1 кгс/см1 2. Широкое применение нашли также поплавко-
вые указатели расхода газа — ротаметры.
Для определения давления газа низкого давления (до
0,1 кгс/см2) можно применять водяные U-образные манометры.
Более высокие давления измеряют трубчатыми манометрами с
ценой деления 0,1; 0,2 и 0,5 кгс/см2.
Глава VIII
ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЙ ОСМОТР И РЕМОНТ
АППАРАТУРЫ ДЛЯ ГАЗОПИТАНИЯ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Своевременный осмотр и ремонт аппаратуры позволяет со-
держать ее в исправном состоянии. К ремонту генераторов,
предохранительных затворов, баллонов, трубопроводов и редук-
торов могут быть допущены только квалифицированные работ-
ники, знакомые с конструкцией и особенностями этой аппарату-
ры, изучившие инструкции по ее эксплуатации и технике без-
опасности и сдавшие экзамены по техминимуму.
Вследствие того что профилактические осмотры и ремонт ап-
паратуры для газопитания, в особенности генераторов, балло-
нов и предохранительных затворов, требуют строгого соблюде-
ния правил техники безопасности, они должны производиться
под наблюдением мастера или инженера.
Изготовление новых деталей или узлов взамен изношенных
необходимо производить только по чертежам. Запрещается из-
готовление деталей по бывшему в употреблении образцу или по
«месту». Не допускается произвольная замена материала.
Для содержания аппаратуры в исправном состоянии разра-
ботана система планово-предупредительного ремонта, которая
состоит из следующих видов обслуживания.
Межремонтное обслуживание производится во
время эксплуатации и заключается в контроле за правильным
использованием и содержанием оборудования, выявлением и уст-
ранением неполадок и мелких неисправностей, возникающих
вследствие нарушения правил эксплуатации, предусмотренных
соответствующими инструкциями.
Межремонтное обслуживание является основным профилак-
тическим мероприятием по поддержанию оборудования в ис-
правном состоянии.
Текущий ремонт проводится с целью восстановления
оборудования путем устранения неполадок, выявленных при
профилактическом осмотре и испытаниях. Ремонт заключается
в чистке, промывке узлов и деталей, замене изношенных деталей
и регулировке восстановленных или новых узлов и приспособле-
ний.
Капитальный ремонт производится с полной раз-
боркой аппаратуры и предусматривает проверку работы всех
узлов и деталей, замену износившихся частей и проведение вос-
становительного ремонта остальных деталей.
2. МЕЖРЕМОНТНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Профилактические осмотры и ремонты проводятся примерно
в следующие сроки.
Ацетиленовые генераторы один раз в два месяца подверга-
ются общему осмотру, для чего полностью разгружаются от
карбида кальция, заполняются водой до максимального уровня,
продуваются инертным газом, промываются водой из шланга.
Внутренняя поверхность генераторов и трубок очищается от ила.
Проверяется арматура, устраняются неплотности в соединениях,
трущиеся поверхности и резьбы смазываются техническим вазе-
лином. После проведения осмотра проводятся испытания на
плотность под давлением, равным максимальному давлению в
генераторе.
Водяной предохранительный затвор не реже двух раз в ме-
80
сяц подвергается осмотру и промывке. Для этого необходимо
вывернуть из штуцера обратный клапан затвора, прочистить и
промыть сосуды водяного затвора, ввернуть обратно очищенный
и промытый обратный клапан. Обратный клапан затвора Состо-
ит из латунного седла, шарика или перового клапана и кол-
пачка. Шарик имеет стальную сердцевину диаметром 17,463 мм
(ГОСТ 3722—47) с наружным слоем из мягкой резины; диа-
метр шарика, покрытого резиной, равен'25 мм (±0,5 мм).
После промывки и чистки водяного затвора необходимо про-
верить надежность работы его обратного клапана. Для этого
рабочий сосуд наполняют водой до уровня контрольного крана
и убеждаются в отсутствии пропуска воды через клапан без про-
тиводавления, т. е. при вывернутой сливной пробке.
Это испытание проводится не менее трех раз с обязательным
отрывом шарика от седла. Затем проверяют уплотнение клапана
при давлениях в корпусе последовательно: 0,5; 1 и 1,45 кгс/см2.
Проверенный затвор должен подвергнуться- испытаниям на
плотность под давлением, равным максимальному давлению во-
дяного затвора.
Профилактическая проверка газовых коммуникаций произ-
водится один раз в месяц путем испытания на плотность всех
соединений. Редукторы подвергаются профилактическому осмот-
ру один раз в месяц, причем проверяется: герметичность всех
соединений; правильность работы предохранительного клапана
редуктора; с помощью резьбомера проверяется резьба накид-
ной гайки.
При проверке на герметичность испытываются паяные соеди-
нения входного штуцера с корпусом, конусное уплотнение втул-
ки и корпуса, плотность прижатия эбонитового уплотнителя
клапана к седлу. При неплотности в коническом уплотнении
втулки и корпуса’ втулку подтягивают ключом. При пропуске
газа между клапаном и седлом необходимо осторожно прошли-
фовать эбонитовый уплотнитель клапана мелкой наждачной бу-
магой, уложенной на ровной плите. После шлифовки клапан
протирают и промывают в бензине. Перед разборкой ацетиле-
новых редукторов они должны быть тщательно продуты азотом,
углекислым газом или воздухом. Перед сборкой кислородного
редуктора все детали следует тщательно обезжирить.
Шланги должны проверяться раз в месяц на газопроницае-
мость, для чего их наполняют сжатым воздухом (азотом) под
пробным давлением и опускают в воду.
3. ТЕКУЩИЙ И КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ
Капитальный ремонт генераторов, работающих в стационар-
ных условиях, производится один раз в 12 месяцев. Рамповые
редукторы ремонтируют один раз в два года; при этом клапан
6 956 81
должен подвергаться ревизии два раза в год, а мембрана и ре-
гулировочной винт — один раз в год.
Баллонные и постовые редукторы необходимо ремонтировать
один раз в год, за исключением клапана и мембраны. Срок
службы клапана равен четырем месяцам, а мембраны — шес-
ти месяцам. Сроки проведения ремонта газосварочной аппа-
ратуры зависят от качества межремонтного обслуживания обо-
рудования.
Перед ремонтом ацетиленовых генераторов необходимо при-
нять меры к полному удалению из них ацетилена, а если ука-
занные работы проводятся в помещении, то убедиться в полном
отсутствии в нем взрывоопасной ацетилено-воздушной смеси
путем анализа воздуха. Рекомендуется капитальный ремонт ге-
нератора производить вне помещения.
Удаление ацетилена, остатков карбида кальция и ила из ге- :
нератора перед проведением ремонта, связанного с резкой, пай-
кой и сваркой, а также с работами, при которых возможно ис- i
крообразование, следует производить путем трехкратного запол- i
нения всех объемов водой и последующей продувки их воздухом. |
При проведении ремонта объем генератора после трехкратной I
промывки и продувки должен быть заполнен водой до того мес- |
та, где производится разогрев металла. Выше этого места все 1
люки, пробки и заглушки должны быть открыты. I
Если после промывки на стенках генератора остался ил, его |
следует удалить, для чего может быть применен только латун- |
ный или алюминиевый скребок. После очистки генератора его ]
необходимо еще раз промыть до полного удаления остатков 1
ила. I
Очистка, разборка и ремонт генератора должны производить- I
ся под наблюдением ответственного лица. , Я
Все находящиеся в эксплуатации ацетиленовые и кислород- I
ные баллоны не реже одного раза в пять лет должны подвер- я
гаться периодическому освидетельствованию в соответствии с я
Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, ра- Я
ботаюших под давлением. я
Разборка и ремонт вентилей баллонов на рабочем месте за- я
прещается; ремонт вентилей должен производить завод, напол- я
няюший баллон газом. Я
В тех случаях, когда из-за неисправности вентилей баллонов Я
газ не может быть использован, баллон подлежит отправке за- Я
воду-наполнителю с надписью «полный». Я
Ремонтировать ацетилено- и кислородопроводы, арматуру .Я
и подтягивать болты фланцевых соединений, находящихся Я
под давлением, запрещается. Все виды ремонтных работ Я
должны производиться только после предварительного сниже- Я
ния давления до атмосферного и продувки трубопроводов. Я
азотом. fl
82 fl
Ацетиленопроводы и Кислородопроводы подлежат освиде-
тельствованию и проведению гидравлического испытания в слет
дующие сроки: ацетиленопроводы — один раз в пять лет; кисло-
родопроводы — один раз в три года.
Глава IX
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ
АППАРАТУРЫ ДЛЯ ГАЗОПИТАНИЯ
В соответствии с Правилами техники безопасности и произ-
водственной санитарии при производстве ацетилена, кислорода
и газопламенной обработки металлов на каждом предприятии
для ознакомления рабочих с правилами обслуживания оборудо-
вания должны быть разработаны производственные инструкции
и правила обслуживания, а также инструкции по технике без-
опасности и противопожарным мероприятиям по каждому рабо-
чему месту.
Нарушение правил обслуживания и инструкций по технике
безопасности может привести к несчастным случаям и авариям,
поэтому знание правил, инструкций и выполнение их являются
обязанностью каждого рабочего.
С целью лучшего усвоения и неуклонного выполнения правил
обслуживания и инструкций по технике безопасности админист-
рация обязана не реже одного раза в квартал производить про-
верку знаний их рабочими.
Лиц, не усвоивших правил обслуживания и инструкций по
технике безопасности, нельзя допускать к работе.
К работе по обслуживанию ацетиленовых и кислородных
станций, складов ацетиленовых и кислородных баллонов, пере-
носных ацетиленовых генераторов и выполнению газосварочных
и газорезательных работ допускаются лица не моложе 18 лет.
1. ОПАСНОСТИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ РАБОТЕ С ГОРЮЧИМИ
ГАЗАМИ, КИСЛОРОДОМ, БЕНЗИНОМ И КЕРОСИНОМ
Лицам, работающим по газопламенной обработке металлов,
приходится иметь дело с ацетиленовыми генераторами и водя-
ными затворами, где могут образовываться взрывоопасные аце-
тнлено-кислородные смеси, с баллонами, находящимися под вы-
соким давлением и наполненными горючими газами, кислоро-
дом, жидкими горючими (бензином, керосином), с карбидными
; барабанами, иловыми ямами и пр.
т При неправильном обращении с указанным оборудованием,
| устройствами и материалами возможны:
И* «з
а) взрывы ацетилено-воздушных смесей, образовавшихся в
помещении или емкостях (барабанах, генераторах и пр.);
б) воспламенение ацетиленовых редукторов и вентилей; кис-
лородных редукторов и вентилей от соприкосновения кислорода
с жирами (маслами); одежды, смоченной бензином, керосином
или насыщенной кислородом при соприкосновении ее с откры-
тым пламенем;
в) разрывы (и взрывы) ацетилено- и кислородопроводов, со-
судов, находящихся под давлением, а также баллонов при нару-
шении правил обращения с ними;
г) взрывы карбидных барабанов (наполненных и порожних)
и карбидных складов; генераторов и иловых ям; бензобачков,
д) отравление парами дихлорэтана, применяемого при обез-
жиривании деталей;
е) вспышки в загрузочных ретортах генератора при их откры-
вании в горячем состоянии;
ж) загорание и разрывы шлангов при обратных ударах пла-
мени и неплотностях; шлангов, смоченных бензином или керо-
сином.
Для обеспечения безопасности при работе со сжиженными
газами (пропан, бутан и др.) необходимо иметь в виду, что они
тяжелее воздуха и поэтому очень медленно диффундируют в ат-
мосферу; смеси этих газов с воздухом взрывоопасны.
Применение жидких горючих (бензина, керосина) для газо- J
пламенных работ разрешается в цехах и на открытых площад-'
ках, но категорически запрещается в замкнутых помещениях;
(отсеках, котлах, цистернах). Смеси паров жидких горючих с;
воздухом взрывоопасны. Поэтому в местах производства газо-(
пламенных работ должна иметься вентиляция, устраняющая.’
возможность образования взрывоопасных концентраций газов и;
удаляющая продукты сгорания горючих газов.
2. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ
ГАЗОПЛАМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ
В
помещениях ацетиленовых станций и в
местах
установи'
передвижных генераторов, используемых в качестве стационар
ных, не допускается проведение работ, не связанных с произ
водством ацетилена.
Запрещается работать с генератором в помещениях химии,
ских производств, где имеются продукты, могущие образовать
ацетиленом взрывчатые соединения, в работающих котельных
около мест засоса воздуха компрессорами и вентиляторами.
Генератор должен устанавливаться на расстоянии не меш
10 м от места автогенной обработки металлов, а также от люб<
го другого источника открытого пламени или сильно нагреть
предметов.
84
Замерзшие ацетиленовые генераторы разрешается отогревать
только горячей водой или паром. Отогрев другими средствами
запрещается. В генератор должен загружаться карбид кальция
в кусках только того размера, который указан в паспорте гене-
ратора.
При эксплуатации ацетиленовых генераторов запрещается:
загружать* карбид кальция в мокрые загрузочные корзины; уве-
личивать единовременную загрузку карбида кальция по сравне-
нию с предусмотренной инструкцией; отбирать ацетилен в ко-
личестве, превышающем паспортную величину.
Перед выгрузкой ила из реторты следует через продувочный
кран спустить давление из реторты и убедиться в том, что ре-
торта залита водой.
Открывать нагретую реторту категорически воспрещается.
Если по какой-либо причине необходимо вынуть загрузочные ко-
робки с неразложившимся карбидом, то это может быть сделано
только после полного остывания реторты (25—30 мин).
При перерывах в работе даже на короткое время должны
быть приняты меры к недопущению посторонних лиц к генера-
тору.
В случаях воспламенения ацетилена в загрузочных корзинах
генератора при выгрузке из него ила корзины должны быть уда-
лены от генератора на расстояние не менее 10 м при помощи
крюков длиной 1,5—2,0 м.
Запрещается работать от генератора двум или более свар-
щикам без установки постовых водяных затворов на каждом
рабочем месте.
Запрещается высыпать разогретые, но не разложившиеся
полностью куски карбида кальция и карбидную пыль в иловую
яму.
Нельзя эксплуатировать генераторы среднего давления при
неисправных предохранительных клапанах.
Баллоны можно перевозить только с навернутыми колпака-
ми, предохраняющими их вентили от загрязнения и ударов.
При перевозке баллоны должны предохраняться от ударов
друг о друга. Категорически запрещается переносить баллоны
на плечах во избежание получения травмы рабочим при паде-
нии баллона. В цехе и на площадке необходимо перевозить бал-
лоны на тележке.
При отборе газа из баллона последний должен быть распо-
ложен вертикально и прикреплен цепью или проволокой во из-
бежание падения.
Порожние баллоны можно укладывать в штабеля не выше
Чем в четыре ряда. Хранение в одном складе баллонов с ацети-
леном и кислородом -запрещается. На складе и в других поме-
щениях баллоны должны находиться от отопительных приборов
На расстоянии не менее 1 м.
85
При перевозке барабанов с карбидом их нужно покрывать
брезентом во избежание попадания в них влаги (дождя, снега),
что может привести к образованию взрывоопасной ацетилено-
воздушной смеси.
Карбидные барабаны нельзя располагать ближе 10 м от ис-
точника открытого огня.
Перед присоединением редуктора или рампового змеевика к
баллону необходимо: продуть для удаления пыли вентиль, от-
крывая его (два раза) на 1 сек.; осмотреть резьбу штуцера,
износ которой может вызвать срыв гайки рампового змеевика
или редуктора. Ремонт вентилей должен производить завод —
поставщик газа.
3. ОПАСНОСТИ, СВЯЗАННЫЕ С КУСТАРНЫМ ИЗГОТОВЛЕНИЕМ
АЦЕТИЛЕНОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ИЛИ ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ УЗЛОВ
Отсутствие на местах выпускаемых промышленностью аце-
тиленовых генераторов иногда заставляет, главным образом в
условиях строительных и монтажных площадок, кустарно изго-
товлять новые конструкции генераторов или приспосабливать
серийно выпускаемые генераторы к работам в зимних условиях.
Сварщики или лица, соприкасающиеся со сваркой, не имея
иногда специального технического образования по газопламен-
ной обработке металлов и не знакомые с элементарными техни-
ческими требованиями, предъявляемыми к конструкции ацетиле-
новых генераторов, изготовляют их или переделывают и пускают
в эксплуатацию серийно выпускаемые аппараты самостоятельно,
без ведома охраны труда профсоюза.
В результате случаются взрывы генераторов, сопровождае-
мые несчастными случаями.
Наиболее опасными недостатками в конструкциях кустарных
ацетиленовых генераторов являются:
а) малая газовая емкость, что приводит к выбросу ацетилена
в атмосферу. Помимо потерь ацетилена при сбросе в атмосферу,
может создаваться взрывоопасная ацетилено-воздушная смесь,
которая при соприкосновении с открытым пламенем взры-
вается;
б) недостаточное охлаждение загрузочных реторт, что может
привести к сильному нагреву карбида кальция и полимеризации
в них ацетилена;
в) отсутствие загрузочных корзин, что создает условия для
разложения карбида при недостатке воды и приводит к перегре-
ву карбида и ацетилена в зоне реакции;
г) применение конструкций генераторов с газосборником в
виде плавающего колокола. Такая конструкция создает недоста-
точное давление, поэтому в шлангах перед сварочным инстру-
86
ментом возможно образование вакуума, который создается да-
же в самом генераторе. Это приводит к подсосу воздуха через
водоналивную трубку водяного затвора, в результате чего в газ-
гольдере создается ацетилено-воздушная смесь, ’которая при
обратном ударе пламени может взорваться.
При взрыве генераторов такой конструкции обычно выбрасы-
вается вверх колокол на большую высоту. При этом возможны
несчастные случаи;
д) применение конструкции генератора системы «погружения
карбида» производительностью более 0,8 м31час;
наличие непродуваемых газовых объемов, в которых скап-
ливается взрывоопасная ацетилено-воздушная смесь;
ж) установка водяного затвора в газовом объеме генератора
для предохранения затвора от замерзания.
Трещина в затворе может привести к взрыву в случае обрат-
ного удара пламени;
з) установка затвора закрытого типа (среднего давления)
к генератору открытого типа (низкого давления), что приводит
к образованию вакуума в шлангах перед горелкой или резаком
и подсосу воздуха в шланги и затвор;
и) установка затвора в водяном объеме генератора с при-
варкой затвора к корпусу, что препятствует проведению профи-
лактических осмотров затвора;
к) повышение сопротивления затвора или генератора, что
также приводит к образованию вакуума в шлангах и подсосу
в них воздуха.
4. ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И СРЕДСТВА
По согласованию с органами пожарной охраны места, где
производятся газопламенные работы, должны быть оборудованы
противопожарными средствами: огнетушителями, гидрантами,
ящиками с песком, лопатами и совками, водой в бочках, ведра-
ми и др.
В местах получения ацетилена из карбида кальция особенно
необходимы сухие и углекислотные огнетушители, так как в слу-
чае загорания склада, в котором хранится карбид кальция, для
тушения пожара нельзя применять воду.
Разрез ручного углекислотного огнетушителя типа ОУ пока-
зан на рис. 27.
В углекислотных огнетушителях для тушения огня приме-
няется углекислота в газообразном состоянии, которая при ат-
мосферном давлении немедленно переходит в твердое тело, об-
разуя белые хлопья, похожие на снег.
Ручной огнетушитель состоит из стального баллона 1, в гор-
ловину которого ввернут вентиль 7 с сифонной трубкой 12,
87
Рис. 27. Схема ручного углекислотного
огнетушителя типа ОУ
шланга 13 и снегообразователя. Шланг хомутом 10 соединен с
ниппелем 9. Последний присоединен к штуцеру S вентиля 7, дру-
гой конец шланга хомутом 6 соединен с трубкой 5, снабженной
эбонитовым наконечником 3.
На трубке имеется деревянная ручка, на которой укреплена
алюминиевая труба 2 снегообразователя. Предохранитель 4 ис-
пытан на 140 кгс/см?. Ручки И служат для переноски огнетуши-
теля. Башмак 14 служит
для придания огнетуши-
телю устойчивости при
вертикальном положении.
Заряжается огнетушитель
от питающего баллона
через штуцер 8.
В сварочных цехах и
на ацетиленовых станци-
ях может применяться
также передвижной угле-
кислотный огнетушитель
УП-2, действующий по
тому же принципу. Огне-
тушитель УП-2 состоит из
двух баллонов, установ-
ленных на передвижной
тележке. Кроме углекис-
лотных, имеются сухие
огнетушители, действие
которых основано на рас-
пылении струей углекис- •
лоты порошков минераль-
ных солей. Соли своей
массой покрывают горя-
щий предмет и изолиру-
ют его от воздуха и, кро-
ме того, при нагревании
выделяют углекислоту.
Порошками могут служить двууглекислая сода, углекислая со-
да и поташ.
Кроме углекислотного или сухого огнетушителя, в месте ус-
тановки ацетиленового генератора и на складе карбида кальция
должны иметься ящики с сухим песком. В складах карбида
кальция полагается иметь один ящик емкостью не менее 0,5 м?
на каждые 50 м? площади склада.
ЛИТЕРАТУРА
Быков В. В. Ремонт аппаратуры для газовой сварки и резки. Ч. 2. Вен-
тили, рампы, редукторы. Справочные материалы. ВНИИАВТОГЕН. Вып. 19.
Машгиз, 1960.
88
Глизманенко Д. Л., Евсеев Г. Б. Газовая сварка и резка ме-
таллов. Изд. 2. Машгиз, 1961.
Глизманенко Д. Л. Получение кислорода. Госхимиздат, 1956.
Глизманенко Д. Л. Газовая сварка и резка металлов. Трудрезервиз-
дат, 1957.
Гузов С. Г., Стрижевский И. И. Техника безопасности при га-
зопламенной обработке металлов. Машгиз, 1951.
• Гузов С. Г., Спектор О. Ш., Ч е р н я к В. С. Справочник по сварке.
Т. 1, гл. XIII. Оборудование для газопламенной сварки и резки. Машгиз,
1960.
Гузов С. Г., Спектор О. Ш. Справочник по сварке. Гл. XIV. Монтаж,
эксплуатация и ремонт газосварочного оборудования. Машгиз, 1960.
Никитин М. С., Долгицер Л. 3. Краткий справочник газосвар-
щика и газорезчика. Машгиз, 1960.
Нинбург А. К. Использование газов — заменителей ацетилена при газо-
пламенной обработке Металлов. Руководящие материалы ВНИИАВТОГЕН.
Вып. 11. Машгиз, 1958.
С к и р т о Г. К- Станок для вскрытия банок с карбидом. «Безопасность
труда в промышленности». 1959, № 7.
Стрижевский И. И., Гузов С. Г. Производство ацетилена для га-
зопламенной обработки металлов. Справочные материалы. ВНИИАВТОГЕН.
Вып. 14. Машгиз, 1958.
Стрижевский И. И., Гузов С. Г., Ковальский В. А. Ацети-
леновые станции. Машгиз, 1959.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ГАЗОВАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА
Газовая сварка является одной из разновидностей процесса
сварки металлов. При газовой сварке местный нагрев и рас-
плавление свариваемого и присадочного металла осуществля-
ются пламенем сварочной горелки. Газовая сварка является од-
ним из первых способов сварки и начала внедряться для полу-
чения неразъемного соединения деталей примерно с 1902—
1903 гг. К этому периоду уже были разработаны способы полу-
чения, транспортировки и хранения кислорода и ацетилена.
В последующем газовая сварка нашла применение в самых раз-
личных отраслях промышленности для изготовления и ремонта
различных конструкций. С разработкой новых методов сварки
с электронагревом сопротивлением и электрической дугой, а так-
же с появлением возможности существенного улучшения меха-
нических свойств металла шва путем применения качественных
толстообмазанных электродов область применения газовой свар-
ки значительно сократилась. Однако для сварки целого ряда
металлов и конструкций газовая сварка до настоящего времени
сохраняет свое промышленное значение и в дальнейшем будет
развиваться параллельно с другими способами сварки.
При газовой сварке возможно очень точное регулирование
количества вводимого в изделие тепла, что обеспечивает мень;
ший перегрев сварочной ванны. В результате этого удается
уменьшить выгорание легко испаряющихся элементов (напри-
мер, цинка при сварке латуни) и сваривать материалы весьма
небольшой толщины. Поэтому газовая сварка находит сейчас
применение при производстве тонкостенных конструкций из ста-
лей различных марок, при изготовлении трубопроводов из тон-
костенных труб небольших диаметров, при сварке различных
металлов и сплавов в ремонтном деле (заварка литейного брака
чугунных, бронзовых и других деталей), при сварке многих цвет-
ных металлов и сплавов — меди, латуни, бронзы, алюминия,
цинка, свинца.
Существенными недостатками газовой сварки являются срав-
нительно низкая производительность процесса, относительно вы-
сокая стоимость применяемых материалов и повышенная сте-
90
пень взрывоопасности в связи с использованием горючих газов,
кислорода, ацетиленовых генераторов и баллонов под высоким
давлением. Кроме того, вследствие большей зоны нагрева, чем
при электросварке, при газовой сварке возникают значительные
внутренние напряжения, которые при определенных условиях
могут привести к образованию трещин в металле шва и пере-
ходной зоне. Поэтому при выполнении газовой сварки требуется
особо тщательное соблюдение установленных режимов и поряд-
ка сварки.
Глава X
ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗ«В®Й СВАРКИ
1. СВАРОЧНОЕ ПЛАМЯ
Нагрев и расплавление основного и присадочного металла
при газовой сварке производят теплом, выделяющимся при сго-
рании смеси, состоящей из горючего газа и кислорода.
Наиболее широкое распространение для сварочных процес-
сов получили ацетилен и кислород.
Смесь кислорода с ацетиленом из смесительной камеры го-
релки поступает по каналу наконечника в канал мундштука и
через его сопло выходит наружу, образуя сварочное пламя. В
начальной зоне пламени (внутреннее ядро) происходит тепло-
вое разложение ацетилена, протекающее по реакции:
C2H2t2C + H2. (1)
Образующийся в результате реакции углерод представляет
собой мельчайшие твердые частицы, окружающие тонким раска-
ленным слоем внутреннее ядро пламени. Однако часть углерода
еще на поверхности внутреннего ядра окисляется кислородом
с образованием окиси углерода, более устойчивой в данных ус-
ловиях, чем свободный углерод. Таким образом, процесс первой
фазы сгорания ацетилена в смеси с кислородом можно предста-
вить протекающим по реакции
С2Н2 О2 ^2СО + Н2 + 107,58 ккал)г-мол. (2)
Как видно из уравнения (2), реакция протекает с выделени-
ем тепла, что способствует дальнейшему разогреванию смеси и
ускорению в ней окислительных процессов. Поэтому в зоне, ле-
жащей непосредственно за ядром, начинается процесс дальней-
шего активного окисления СО и Нг по реакции:
2СО + Н2 + l,5O2t 2СО2 4- Н2О + 203,57 ккал!г-мол. (3)
91
12 3
Длина пламени
Рис. 28. Строение нормального
ацетилено-кислородного пла-
мени и кривая распределения
температур:
1 — ядро, 2 — восстановительная
зона, 3 — факел
тать, что теоретически для
При реакции- (3) выделяется большее количество тепла, чем
при реакции (2), поэтому зона пламени, лежащая непосредст-
венно за ядром, имеет наиболее высокую температуру
(рис. 28).
В наиболее удаленной от ядра части пламени происходит до-
горание продуктов разложения ацетилена до СОг и Н2О за счет
кислорода воздуха.
Таким образом, по химическому '
составу и тепловым характеристи-
кам сварочное пламя делится на
три зоны, хорошо различимые на
глаз: ядро (стадия разложения аце-
тилена), средняя зона (стадия вос-
пламенения и горения) и факел
(стадия догорания). Зону воспла-
менения часто называют восстано-
вительной, так как благодаря пре-
обладанию в ней окиси углерода и
свободного водорода она оказывает
восстановительное действие на оки-
слы нагреваемого металла, т. е.
раскисляет металл.
Поскольку реакция (2) протека-
ет за счет кислорода, подаваемого в
горелку, а реакция (3) — за счет
кислорода воздуха, то можно счи-
образования нормального пламени и
полного сгорания ацетилена на каждый объем ацетилена нужнее
подать в горелку такой же объем кислорода, т. е. отношение''
? = = 1- Практически нормальное пламя получают при
С2П2
Р=1.1н-1,2, так как небольшая часть водорода сгорает за счет
кислорода горючей смеси.
При значении ft = - Л- более 1,2 пламя приобретает окисли-
С2П2
тельный характер, так как избыточный кислород в пламени
окисляет металл. При этом ядро пламени становится укорочен-
ным и заостренным, приобретая менее резкие очертания.
При уменьшенном по сравнению с нормальным количеством
поступающего кислорода (избытке ацетилена) пламя приобрета-
ет науглероживающий характер. Такое пламя называют иногда
ацетиленистым. Размеры зоны сгорания при этом увели-
чиваются, ядро становится расплывчатым и за ним появляется
ацетиленистое перо желтоватой окраски. В этой зоне избыточ-
ный ацетилен, для сгорания которого не хватает кислорода, раз-
лагается по реакции (1).
Образующийся в ацетиленистом пламени свободный углерод
92
может поглощаться расплавленным металлом, поэтому такое
-пламя называется также науглероживающим.
Науглероживающее пламя имеет более низкую температуру,
чем нормальное или окислительное.
Характер пламени определяется сварщиком, как правило, на
глаз. Для этого после зажигания горелки полностью открывают
•сначала кислородный вентиль, затем увеличивают подачу ацети-
лена до появления ацетиленистого пера и начинают медленно
уменьшать подачу ацетилена до исчезновения ацетиленистого
пера, получая нормальное пламя.
Для того чтобы получить окислительное пламя, сначала ус-
танавливают нормальное пламя, а затем уменьшают подачу аце-
тилена до тех пор, пока ядро не сократится примерно на 1/3 сво-
<ей нормальной длины. Не следует устанавливать окислительное
пламя за счет увеличения давления кислорода, так как при этом
смесь вытекает из мундштука со слишком большой скоростью и
пламя становится жестким. Такое пламя раздувает жидкий ме-
талл сварочной ванны и затрудняет ведение процесса сварки.
Пламя газов — заменителей ацетилена, имеющих в своем со-
ставе углеводороды, по своему строению не отличается сущест-
венно от кислородно-ацетиленового пламени. Только водород
образует с кислородом несветящееся пламя со светло-желтой
•окраской, поэтому регулировку водородного пламени нельзя про-
изводить на глаз, в этом случае следует пользоваться указыва-
ющими расходомерами. Несмотря на то, что пламя других га-
зов—заменителей ацетилена, содержащих углеводороды (про-
пан, бутан, метан и др.), и имеют светящееся ядро, регулировка
•состава пламени затрудняется тем, что пламя этих газов не
имеет резких очертаний своего ядра.
Производительность процесса сварки определяется количест-
вом тепла, которое выделяется пламенем в единицу времени,
т. е. его тепловой мощностью, зависящей от теплотворной спо-
собности горючего газа, его расхода и от соотношения газов в
смеси. При работе ацетилено-кислородным пламенем о его мощ-
ности судят по количеству ацетилена, расходуемого в час.
В первом разделе книги приводятся оптимальные соотноше-
ния расхода горючего газа и кислорода в смесях, соответствую-
щие нормальному составу пламени, а также значения коэффи-
циентов замены ими ацетилена при сварке, резке и нагреве ме-
талла.
2. АППАРАТУРА
Горелки для газовой сварки. Для смешения газов и образо-
вания сварочного пламени служат сварочные горелки. Сущест-
вуют две группы сварочной аппаратуры: инжекторная, работаю-
93
щая на ацетилене низкого и среднего давления, и безынжектор-
ная, или аппаратура равного давления, работающая на ацетиле-
не среднего и высокого давления.
В настоящее время в нашей промышленности наиболее ши-
рокое применение находят инжекторные горелки (рис. 29),' из
Рис. 29. Принципиальная схема инжекторной горелки:
/ — корпус, 2 — канал для кислорода, 3 — инжектор, 4 — кислородный век-
тиль, 5 — ацетиленовый вентиль, 6 — отверстия для прохода ацетилена в
смесительную камеру, 7 — смесительная камера, 3—мундштук
которых наибольшее распространение получили ацетилено-кис-
лородные горелки ГС-53 и ГСМ-53. Горелка ГС-53 (рис. 30)
предназначена для сварки всех металлов; она комплектуется
Рис. 30. Общий вид горелки ГС-53
семью сменными наконечниками (расход ацетилена от 50 до
2800 л!час).
Сварочная горелка ГСМ-53 предназначена для
сварки металла толщиной от 0,2 до 3 мм и комплектуется че-
тырьмя сменными наконечниками (№ 0, 1, 2 и 3), обеспечиваю-
щими расход ацетилена от 20 до 400 л!час.
94
В настоящее время разработана новая горелка «Моск-
в а», более устойчивая против обратных ударов и обеспечиваю-
щая более стабильное пламя в работе.
Для работы на газах — заменителях ацетилена используется
ствол от стандартной инжекторной горелки ГС-53, к которому
присоединяются специальные наконечники НЭП, по конструкции
подобные наконечникам для работы на ацетилене. Размеры от-
верстий в мундштуках, инжекторах, смесительных камерах на-
конечников НЗП подобраны таким образом, чтобы обеспечить,
для каждого номера наконечника эффективную мощность пла-
мени, эквивалентную тому же номеру наконечника, работающе-
го на ацетилене.
Применяют также горелки, работающие на равном давле-
нии кислорода и горючего газа, в которых подача горючего га-
за обеспечивается за счет его давления, а не за счет инжекции»
газа кислородом. Безынжекторная аппаратура по сравнению с
инжекторной обладает рядом преимуществ, наиболее существен-
ным из которых является точность регулирования и постоянст-
во соотношения газов в горючей смеси во время сварки и на-
плавки.
В СССР разработана и внедряется отечественная аппарату-
ра равного давления, состоящая из постового беспружинного-
регулятора равного давления ДКР-1-56, автоматически обеспе-
чивающего равенство рабочих давлений газов, и безынжектор-
ной ацетилено-кислородной горелки равного давления ГАР-2-56.
Горелка ГАР-2-56 состоит из ствола инжекторной
горелки ГС-53 и семи сменных наконечников, в которых измене-
ны конструкция и размеры смесительных камер. Так же как и
горелка ГС-53, горелка ГАР-2-56 имеет нормализованную шка-
лу мощности пламени с расходом ацетилена от 50 до 2800 л!час.
Принцип работы этой горелки следующий. Ацетилен и кислород
под одинаковым давлением поступают из регулятора в смеси-
тельную камеру. Эта камера имеет одно боковое калиброванное
отверстие для ацетилена и одно центральное для кислорода. На
выходе из смесительной камеры предусмотрено небольшое кони-
ческое расширение.
Горючая смесь, образовавшаяся в смесительной камере, пос-
тупает в мундштук, по выходе из которого загорается, образуя
сварочное пламя.
Аппаратура равного давления может быть применена также
и для газов—заменителей ацетилена.
При сварке металла больших толщин, а также при заварке
дефектов на крупных деталях горелка сильно нагревается от-
раженным теплом. Для работы в подобных условиях применя-
ются теплоустойчивые наконечники HAT (рис. 31), которые мо-
гут быть присоединены к обычным сварочным горелкам ГС-53
или «Москва».
95
Наконечники HAT выпускаются от 5 до 8 номера с расходом
ацетилена от 700 до 4500 л/час.
Некоторые виды газопламенной обработки (подогрев круп-
ногабаритных деталей под сварку и наплавку, правка, пайка
твердыми припоями и т. п.), связанные с нагревом металла до
температуры, не првеышающей 1000—1100°, могут производить-
ся керосино-кислородным пламенем. В настоящее время про-
мышленностью выпускается два типа керосино-кислородных го-
релок: ГКУ-55 и ГКР-57.
Горелка ГКУ-55 (рис. 32) комплектуется шестью мунд-
штуками (четыре одноканальных и два сетчатых). Подача ке-
росина в горелку производится из бачка емкостью 5 л с по-
Рис. 31. Конструкция теплоустойчивого наконечника HAT:
/ — медный мундштук, 2 — асбестовая оплетка, 3 — кожух из нержавеющей
стали, -/ — газоподводящая трубка, 5 — внешняя трубка, 6 — смесительная
камера
мощью воздушного насоса, создающего над жидкостью избыточ-
ное давление воздуха.
По эффективной тепловой мощности пламени горелка ГКУ-55
равноценна ацетилено-кислородной горелке с наконечниками
от № 2 до № 7.
Основным недостатком керосино-кислородной горелки
ГКУ-55 является сложность ее зажигания перед началом рабо-
ты, так как необходимы специальные меры для начального по-
догрева испарителя.
Кроме того, асбестовая оплетка, испаритель, сопло подогре-
вающего пламени, трубка испарителя и щиток увеличивают вес
горелки.
Все эти недостатки устранены в горелке ГКР-57, работаю-
щей по принципу распыления керосина кислородом и последую-
щего испарения во внутренней полости мундштука от самона-
грева.
Горелка ГКР-57 комплектуется тремя одноканальными
и двумя сетчатыми мундштуками, обеспечивающими широкий
диапазон регулирования мощности пламени по расходу го-
90
Рис. 32. Керосино-кислородная горелка ГКУ-55:
/ — кислородный ниппель, 2, 3 и 5 —трубки, испаритель керосина, 5 — оплетка испарителя, б — инжектор, 7—сме-
сительная камера, 8 — керосиновый ниппель, 10 — сопло для подогревающего пламени, // — маховичок, /2 — кислород-
ный запорный вентиль
7-956
рючего — от 0,3 до 3,4 кг/час, что по тепловой мощности пламе-
ни соответствует ацетилено-кислородным наконечником от № 3;
до № 7 горелки ГС.
Аппаратура для подачи флюсов в пламя. Для ряда газопла-
менных процессов (сварка цветных металлов, наплавка и т. п.)
необходимо применение флюсов, от стабильности подачи кото-
рых в значительной степени зависит качество получаемых со-
единений. Для дозированной равномерной подачи флюса в пл а-
мя сварочной горелки ВНИИАВТОГЕН разработана серия спе-
циальных установок.
Установка КГФ-1-56 предназначается для обеспечения
газофлюсовых процессов, при которых флюс, представля-
ющий собой легко испаряющуюся жидкость, подается непосред-
ственно в пламя горелки. В частности, в промышленности эта)
установка находит применение для подачи флюса БМ-1 (см.
гл. XI).
Установка КГФ-1-56 может применяться для сварки меди, ни-
келя и их сплавов (например, латуни, монель-металла), для на-
плавки латуни на черные металлы, для сварки и пайки легко-
плавкими и тугоплавкими припоями. В комплект аппаратуры
КГФ-1-56 входят флюсопитатель ФГФ-1-56 и осушитель.
Флюсопитатель ФГФ-1-56 (рис. 33) представляет собой при-
бор для насыщения флюсом БМ-1 горючего газа ацетилена', по-
даваемого в сварочную горелку. Этот флюс является летучей
борорганической жидкостью, пары которой, попадая в пламя
горелки, сгорают с образованием флюсующего вещества — бор-
ного ангидрида. При этом пламя окрашивается в ярко-зеленый
цвет и ядро не отличимо от факела. Расход флюса регулирует-
ся золотниковым устройством.
Установка для порошково-флюсовой сварки. Сварка металла)
большой толщины с ограниченной длиной шва (например, свар-
ка фланцев) сопряжена с рядом трудностей, требующих для
нормального проведения процесса специальных приемов и ап-
паратурьц Для этой цели предназначается установка КПФ-1-55-
(рис. 34), обеспечивающая пневматическую подачу порошкового
флюса непосредственно в пламя сварочной горелки ГАФ-1-55;
установка может быть использована также для заварки дефек-
тов в крупных отливках из латуни, чугуна и для других тяже-
лых сварочных работ.
Установка КПФ-1-55 состоит из двух отдельных узлов: флю-
сопитателя ППН-4 и специальной сварочной горелки ГАФ-1-55.
Флюсопитатель представляет собой стойку, на которой раз-
мещены питательный бачок, щит с пусковыми и регулирующи-
ми приборами, масловодоотделитель или химический осушитель
и блокировочный клапан.
Флюсопитатель предназначен для пневматической подачи
флюса в пламя сварочной горелки.
98
1*
Питательный бачок представляет собой сосуд с крышкой, за-
крепляемой струбцинами.
В коническом днище бачка установлена смесительная каме-
ра с инжектором. Азот из баллона или сжатый воздух от ком-
прессора через масловодоотделитель или химический осушитель
поступает в инжектор и, выходя из него с большой скоростью,
захватывает сыплющийся в инжекторную камеру флюс, унося
его с собой. При выходе из трубки флюсопитателя струя уда-
ряется о рассекатель, образуя облако из взвешенных частиц,
которые под напором газа поступают в горелку. Для предот-
вращения слеживания и излишнего уплотнения флюса он не-
прерывно встряхивается с помощью воздушного вибратора ша-
рикового типа. Количество подаваемого флюса зависит от интен-
сивности работы вибратора, т. е. от количества подаваемого к
нему воздуха и от расхода газа, пропускаемого через инжек-
тор.
3. ОБРАЗОВАНИЕ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ
Общие сведения. Процесс образования сварного соединения
происходит следующим образом: под действием тепла пламени
на свариваемых кромках создается ванна жидкого металла
сравнительно небольшого объема; давлением пламени жидкий
металл отжимается к задней стенке, где происходит его затвер-
девание и образование шва. При этом жидкий присадочный ме-
талл перемешивается со свариваемым основным металлом, на-
ходящимся также в жидком состоянии. Жидкий металл, вытес-
няясь из сферы действия сварочного пламени и соприкасаясь
с основным металлом, остывает и кристаллизуется на зернах ос-
новного металла.
Таким образом, при сварке металлов одновременно проте-
кает ряд сложных процессов, которые можно разделить в основ-
ном на две группы:
а) металлургические процессы, протекающие в сварочной
ванне под действием сварочного пламени и окружающей газовой
среды;
б) термические процессы, происходящие в застывшем метал-
ле шва и в зонах основного металла, прилегающих к шву, под
действием тепла сварки.
Процессы, протекающие в сварочной ванне. При сварке под
воздействием пламени или окружающей среды (когда металл
находится вне действия пламени) в сварочной ванне происходят
изменения, связанные с окислением, испарением составляющих
сплава и насыщением его газами.
Характер процессов, протекающих в сварочной ванне, 'глав-
ным образом зависит от состава средней зоны пламени, которой
100
обычно производится сварка. В свою очередь, состав этой зоны
определяется соотношением газов в горючей смеси. В средней
зоне пламени наряду с основными газами (СО и Нг) присут-
ствуют пары воды, а также в небольших количествах и другие
газы (О2, СО2 и №).
При окислительном характере пламени, когда в средней зо-
не имеется избыток кислорода, в сварочной ванне происходят
процессы окисления металла. Например, при сварке стали про-
исходит окисление железа. Образующаяся при окислении закись
железа (FeO) растворяется в жидком металле, где другие эле-
менты, имеющие большее сродство с кислородом (кремний и
марганец), восстанавливают FeO до чистого железа, а сами
образуют окислы, которые переходят в шлак.
Таким образом, металл в сварочной ванне обогащается кис-
лородом и обедняется полезными примесями; в результате этих
процессов возможно ухудшение механических свойств металла
шва.
При восстановительном, а еще более при науглероживаю-
щем характере пламени, в средней зоне пламени преобладают
газы СО и Нг. Эти газы могут восстанавливать окислы таких
металлов, как медь, никель, железо и др. Однако окислы ряда
других металлов (алюминия, цинка, магния) не раскисляются
газами восстановительной зоны пламени и поэтому при сварке
этих металлов или их сплавов приходится для удаления из ван-
ны окислов обязательно применять флюсы и вводить в состав
присадочных металлов специальные элементы — раскисли-
тели.
За счет насыщения металла сварочной ванны газами, нахо-
дящимися в пламени и окружающей среде, также ухудшаются
механические свойства сварного шва Наличие в металле шва
газовых включений уменьшает прочность, пластичность и плот-
ность металла шва.
При сварке прежде всего следует учитывать влияние водо-
рода, который энергично растворяется в большинстве металлов.
Растворимость водорода тем больше, чем выше температура
нагрева металла, причем в жидком металле водорода раство-
ряется гораздо больше, чем в твердом.
При охлаждении и затвердевании металла растворимость во-
дорода резко падает и он начинает выделяться из ванны.
Однако если металл уже затвердел, то водород остается в ме-
талле шва, образуя в нем газовые включения в виде пор. Сле-
дует также иметь в виду, что /в металле шва имеются (преиму-
щественно по границам зерен), пустоты, в которые может про-
никнуть водород, способствующий образованию трещин.
Чтобы уменьшить поглощение водорода металлом шва, необ-
ходимо избегать большого избытка ацетилена в пламени. Поло-
жительные результаты дает также замедленное охлаждение ме-
101
талла ванны (применение правого способа сварки, медленное
отведение пламени, подогрев изделия и т. п.), которое увеличи-
вает возможности выделения водорода в атмосферу.
В отдельных случаях, например при сварке латуни, вообще
не рекомендуется вести нагрев металла второй зоной пламени,
содержащей водород. В этих случаях следует применять пламя
с избытком кислорода, который окисляет водород и тем подав-
ляет реакции его взаимодействия с металлом сварочной ванны.
Влияние нагрева на металл шва и околошовной зоны. В про-
цессе сварки одновременно с образованием жидкой ванны разо-
гревается зона основного металла, расположенная рядом со
швом (так называемая зона температурного влияния). При газо-
вой сварке вследствие сравнительно медленного нагрева слои
основного металла, прилегающие к жидкой ванне, подвергаются
перегреву и поэтому приобретают крупнозернистую структуру.
В результате этого кристаллизующийся на их зернах металл
сварочной ванны также приобретает крупнозернистое строение.
Температура металла зависит от расстояния определенного
участка от сварочной ванны. Чем дальше располагается участок
основного металла от сварочной ванны, тем ниже температура
его нагрева и тем медленнее идут в нем структурные изменения.
Непосредственно около границы шва находится зона неполного
расплавления основного металла, имеющая крупнозернистую
структуру перегретого металла. Прочность металла этой зоны
часто ниже прочности металла самого шва, вследствие чего по-
верхность разрушения сварного соединения обычно расположе-
на в этой зоне. Затем идет участок также с крупнозернистой
структурой, где температура была близка к температуре начала
Ъплавления. В последующих участках, нагревавшихся до более
низкой температуры, изменения в структуре металла менее за-
метны и зависят от его свойств. Например, при сварке малоуг-
леродистых сталей (содержащих до 0,25% С) участок перегрева
переходит в участок с мелкозернистой нормализованной струк-
турой. При сварке углеродистой стали, содержащей более
0,3% С, возможно образование малопластичных закалочных
структур.
Ширина зоны температурного влияния при сварке зависит
от толщины и свойств свариваемого металла. Чем выше тепло-
проводность металла, тем больше зона температурного влияния.
Для углеродистых сталей ширина этой зоны при малых толщи-
нах составляет примерно 10—45 мм, при средних — 20—25 мм.
В результате местных тепловых и структурных изменений в
сварном соединении возникают термические (тепловые) напря-
жения и коробление, которые могут явиться причиной образо-
вания трещин или искажения формы изделия. При нагреве ме-
талл в месте сварки стремится расшириться, но сжимается ок-
ружающим его холодным металлом. Так как при сварке металл
рядом со швом нагрет до сравнительно высоких температур,
при которых он делается уже пластичным, то обжатие нагретого
места может происходить без заметного коробления.
При последующем охлаждении металла в месте образова-
ния шва он начинает уменьшаться в объеме и растягивает ок-
ружающий металл. Если металл шва не в состоянии растянуть
окружающий металл, то он либо сам растянется на эту величи-
ну, либо в околошовной зоне возникнут высокие внутренние на-
пряжения или даже трещины. Описываемое явление особенно
опасно для конструкционных сталей, у которых в переходной
зоне могут образовываться хрупкие закалочные структуры.
В ряде случаев возникающие при выполнении сварочных опе-
раций деформации могут помешать нормальному ведению про-
цесса. В результате деформации, особенно если сваривается
тонкий металл, кромки его могут расходиться, что приводит к
необходимости производить их правку местными прижимами или
ударами. Причем если металл в этот момент мало пластичен, то
на кромках возможно образование трещин.
Величину напряжений в сварном соединении можно умень-
шить путем подогрева детали перед сваркой или после ее окон-
чания; при этом уменьшается разность температур между мес-
том сварки и всем изделием. Подробно о напряжениях и дефор-
мациях металлов см. раздел пятый.
4. ПРИСАДОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ФЛЮСЫ
Присадочные металлы. Это металлы, добавляемые в свароч-
ную ванну, которые служат для заполнения зазора между кром-
ками свариваемого металла и создания валика шва. Они при-
меняются в виде проволоки, прутков и реже полос. При газовой
сварке введение специальных добавок, улучшающих свойства
шва, производится только через присадочный металл, поэтому к
последнему предъявляются повышенные требования.
Присадочный металл для газовой сварки должен отвечать
следующим требованиям:
1. Иметь температуру плавления несколько ниже или близ-
кую к температуре плавления основного металла.
2. Обеспечивать спокойное расплавление металла без раз-
брыгивания и испарения составляющих его элементов.
3. Способствовать получению наплавленного металла требуе-
мых свойств, близких к свойствам свариваемого металла, а
также химического состава, обеспечивающего равноценную или
более высокую коррозийную устойчивость по сравнению с ос-
новным металлом.
4. Обеспечивать плотный наплавленный металл, не содержа-
щий раковин, газовых пузырей и т. д.
103
5. Диаметр присадочной проволоки должен соответствовать
толщине свариваемого металла.
6. Поверхность проволоки и стержней должна быть чистой и
ровной, не иметь следов ржавчины, окалины, масла, песка и
других загрязнений.
Флюсы. Флюсы применяются при сварке для предотвращения
окисления свариваемого металла, удаления из жидкого метал-
ла окислов и неметаллических включений и (при газовой свар-
ке— крайне редко) для частичного введения в расплавленный
металл специальных улучшающих его свойства добавок. Рас-
плавленные флюсы не растворяются в металле ванны и, имея1
меньший удельный вес, всплывают на ее поверхность в виде
шлакового покрова, который предохраняет жидкий металл от
действия пламени и воздуха, а в некоторых случаях препят-
ствует испарению веществ, входящих в состав сплава.
Флюсы в процессе сварки связывают образующиеся на по-
верхности ванны окислы либо химическим путем, образуя с ни-
ми более легкоплавкие соединения, удаляющиеся в шлаки, либо
путем физического растворения, либо, наконец, путем введения
элементов-раскислителей.
Процесс химического связывания окислов возможен при на-
личии в составе флюса соединений, имеющих характер, проти-
воположный образующимся при сварке окислам.
Реакция ошлаковывания в этом случае идет по схеме:
основание + кислота = соль.
Например, при сварке латуни образуются, как правило, ос-
новные окислы (CuO, ZnO, МпО и т. д.). Поэтому при сварке
ее применяются флюсы, содержащие соединения, имеющие кис-
лую основу, например борный ангидрид, составляющий основу
буры и борной кислоты.
Флюс при газовой сварке применяется в виде порошков, паст
или легко испаряющейся жидкости. В первых двух случаях он
подается в зону сварки вручную, т. е. наносится заранее на
кромки свариваемого металла и на присадочные прутки, либо-
вносится в ванну в процессе сварки путем периодического по-
гружения конца присадочного прутка в сосуд с флюсом.
В случае применения флюса в виде паров .(например, флю-
са БМ-1 при сварке латуни) последний подается в пламя горел-
ки автоматически, в строго дозированном количестве. Это обес-
печивает постоянство процесса сварки.
Применение флюса в виде порошка или пасты уменьшает
производительность сварки, а -в целом применение флюсов не-
сколько удорожает сам процесс; поэтому флюсы надо приме-
нять только в тех случаях, когда защитное действие самого сва-
рочного пламени уже оказывается недостаточным.
104
5. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ
Типы сварных соединений и подготовка кромок под сварку.
Тип сварного соединения выбирается в зависимости от кон-
струкции свариваемой детали и положения шва в пространстве.
При газовой сварке применяются преимущественно стыковые
соединения (рис. 35, а). В этом случае подготовка кромок под
сварку производится в зависимости от толщины свариваемого
металла (табл. 12) При сварке металла малой толщины (не
свыше 2 мм) соединение в стык мо-
жет быть выполнено без присадоч-
ного металла, с отбортовкой кро-
мок; при сварке толщин свыше 5 мм
желательно применять V-образную,
а при больших толщинах — Х-образ-
ную разделку кромок. При выборе
формы разделки кромок следует
иметь в виду, что при Х-образной
разделке возможны непровары в
середине шва в то время, как при
V-образной разделке непровар в
корне шва может быть исправлен
подрубкой и подваркой с обратной
стороны.
Однако при Х-образной разделке
благодаря симметричному прогреву
сварного соединения возникающие в нем напряжения, а значит
и коробления, значительно меньше, чем при V-образном шве.
Таблица 12
Подготовка кромок при газовой сварке стали
Размеры, мм
Толщина Величина Величина
металла, 8 зазора, а притупления, в
105
5. Диаметр присадочной проволоки должен соответствовать
толщине свариваемого металла.
6. Поверхность проволоки и стержней должна быть чистой и
ровной, не иметь следов ржавчины, окалины, масла, песка и
других загрязнений.
Флюсы. Флюсы применяются при сварке для предотвращения
окисления свариваемого металла, удаления из жидкого метал-
ла окислов и неметаллических включений и (при газовой свар-
ке— крайне редко) для частичного введения в расплавленный
металл специальных улучшающих его свойства добавок. Рас-
плавленные флюсы не растворяются в металле ванны и, имея1
меньший удельный вес, всплывают на ее поверхность в виде
шлакового покрова, который предохраняет жидкий металл от
действия пламени и воздуха, а в некоторых случаях препят-
ствует испарению веществ, входящих в состав сплава.
Флюсы в процессе сварки связывают образующиеся на по-
верхности ванны окислы либо химическим путем, образуя с ни-
ми более легкоплавкие соединения, удаляющиеся в шлаки, либо
путем физического растворения, либо, наконец, путем введения
элементов-раскислителей.
Процесс химического связывания окислов возможен при на-
личии в составе флюса соединений, имеющих характер, проти-
воположный образующимся при сварке окислам.
Реакция ошлаковывания в этом случае идет по схеме:
основание + кислота = соль.
Например, при сварке латуни образуются, как правило, ос-
новные окислы (CuO, ZnO, МпО и т. д.). Поэтому при сварке
ее применяются флюсы, содержащие соединения, имеющие кис-
лую основу, например борный ангидрид, составляющий основу
буры и борной кислоты.
Флюс при газовой сварке применяется в виде порошков, паст
или легко испаряющейся жидкости. В первых двух случаях он
подается в зону сварки вручную, т. е. наносится заранее на
кромки свариваемого металла и на присадочные прутки, либо-
вносится в ванну в процессе сварки путем периодического по-
гружения конца присадочного прутка в сосуд с флюсом.
В случае применения флюса в виде паров .(например, флю-
са БМ-1 при сварке латуни) последний подается в пламя горел-
ки автоматически, в строго дозированном количестве. Это обес-
печивает постоянство процесса сварки.
Применение флюса в виде порошка или пасты уменьшает
производительность сварки, а -в целом применение флюсов не-
сколько удорожает сам процесс; поэтому флюсы надо приме-
нять только в тех случаях, когда защитное действие самого сва-
рочного пламени уже оказывается недостаточным.
104
5. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ
Типы сварных соединений и подготовка кромок под сварку.
Тип сварного соединения выбирается в зависимости от кон-
струкции свариваемой детали и положения шва в пространстве.
При газовой сварке применяются преимущественно стыковые
соединения (рис. 35, а). В этом случае подготовка кромок под
сварку производится в зависимости от толщины свариваемого
металла (табл. 12) При сварке металла малой толщины (не
свыше 2 мм) соединение в стык мо-
жет быть выполнено без присадоч-
ного металла, с отбортовкой кро-
мок; при сварке толщин свыше 5 мм
желательно применять V-образную,
а при больших толщинах — Х-образ-
ную разделку кромок. При выборе
формы разделки кромок следует
иметь в виду, что при Х-образной
разделке возможны непровары в
середине шва в то время, как при
V-образной разделке непровар в
корне шва может быть исправлен
подрубкой и подваркой с обратной
стороны.
Однако при Х-образной разделке
благодаря симметричному прогреву
сварного соединения возникающие в нем напряжения, а значит
и коробления, значительно меньше, чем при V-образном шве.
Таблица 12
Подготовка кромок при газовой сварке стали
Размеры, мм
Толщина Величина Величина
металла, 8 зазора, а притупления, в
105
Схема шва
* Высота отбортовки h -В.
Продолжение
Размеры, мм
Толщина металла, 3 Величина зазора, а Величина притупления, в
3-6 1—2 —
6г-15 2—4 1,5-3
15-25 2—4 2—4
Соединение внахлестку (рис. 35, б) применяется при газовой
сварке металла малых толщин (до 3 мм), при приварке косы-
нок, заплат, трубопроводных муфт и т. п. При больших толщи-
Рис. 36. Угловые швы:
нах этот вид соединения применять
не рекомендуется, так как он вызы-
вает большое коробление и может
привести к образованию трещин.
Тавровые (рис. 35, в) и угловые
(рис. 35, г) соединения, как и сое-
о-выпуклый, б - нормальный, динения внахлестку, применяются
в-вогнутый также при сварке металлов малой
толщины без скоса кромок угловы-
ми швами. Существует три вида угловых швов (рис. 36): вы-
пуклый, нормальный и вогнутый. Последний чаще всего приме-
няется в авиационных конструкциях для снижения их веса и
уменьшения концентрации напряжений в местах перехода от
шва к основному металлу.
По положению, в котором производится сварка, швы под-
разделяются на нижние, горизонтальные, вертикальные и пото-
106
лочные (рис. 37). Наилучшие условия для образования сварно-
го соединения создаются при сварке в нижнем положении. По-
этому сварку в других положениях в пространстве следует при-
менять лишь в тех случаях, когда ее невозможно выполнить в
нижнем положении.
По расположению относительно действующей нагрузки
(рис. 38) швы могут быть фланговыми (расположенные парал-
Рис. 37. Виды швов при сварке в различных пространственных
положениях:
а — нижний, б — горизонтальный, в — вертикальный, г — потолочный
дельно направлению действия силы) и лобовыми (расположен-
ные перпендикулярно направлению действия силы).
Подготовка изделия к сварке. Перед выполнением сварки
производится скос и зачистка кромок, а также
зачистка прилегающей к кромкам зоны основ-
ного металла на ширину 20—30 мм с каждой
стороны. Разделка кромок может произво-
диться механически (например, на кромко-
строгальном станке) для массового производ-
ства или вручную (пневмозубилом или наж-
дачным кругом) для единичных деталей. Во
многих случаях разделку кромок можно про-
изводить также различными видами газовой
или газодуговой резки. В этом случае перед
сваркой кромки необходимо очистить от остат-
ков шлака и окалины. При сварке стали кром-
Рис. 38. Располо-
жение швов по от-
ношению к направ-
лению действия
нагрузки:
а — фланговый,
б — лобовой
ки очищают от окалины, следов краски или жира пламенем
сварочной горелки с последующей очисткой обработанных пла-
менем кромок проволочной щеткой. В отдельных случаях (свар-
ка некоторых цветных металлов и сплавов, ответственных
стальных конструкций и т. п.) кромки зачищаются пескоструем
или химическим травлением. Следует иметь в виду, что наличие
загрязнений на поверхности основного металла может привести
к образованию в шве непроваров, газовых или шлаковых вклю-
чений.
Детали под сварку собирают в специальных приспособле-
ниях (см. гл. XIV) и прихватывают короткими швами для обес-
печения правильного взаимного расположения в процессе свар-
107
ки. Прихватки накладывают, применяя те же режимы, что и
при основной сварке. Длина прихваток и расстояние между ни-
ми зависят от вида свариваемого металла, его толщины и дли-
ны шва. При сварке небольших узлов из тонкого металла дли-
на прихваток составляет не более 5 мм, а расстояние между ни-
ми 50—1100 мм. При значительных толщинах и большой протя-
женности шва длина отдельных прихваток может достигать.
20—30 мм, а расстояние между ними 300—500 мм. Высота
(толщина) шва в месте прихватки должна быть в пределах
0,5—0,7 толщины основного металла. 'Следует особо следить за
полным проваром металла в местах наложения прихваток, так
как во время последующей сварки они часто уже не расплав-
ляются на всю толщину.
Порядок наложения прихваток зависит от толщины основ-
ного металла и длины шва. Чтобы избежать коробления, при-
4 2 7 3 5 7 4 С J 7 5 2
Не менее IV мм
а) б)
Рис. 39. Порядок наложения прихваток в про-
дольном шве:
а — от середины шва, б — от края шва
хватку соединений большой протяженности обычно производят
по определенной схеме (рис. 39).
Режимы и техника сварки. Режим сварки зависит от вида
свариваемого металла, габаритов и формы изделия. К подбору
сварочных режимов относятся: выбор способа сварки, порядок
наложения шва, мощность пламени, диаметр присадочного ме-
талла. Большое значение также имеет техника движения мунд-
штука сварочной горелки и присадочной проволоки.
Различают левый и правый способы сварки (рис. 40). При
левом способе, наиболее часто применяемом, пламя направляет-
ся на еще не сваренные кромки металла, а присадочная прово-
лока перемещается впереди пламени. При этом для более рав-
номерного прогрева и перемешивания сварочной ванны горелку
и проволоку двигают зигзагами (рис. 41, а) поперек шва таким
образом, чтобы в тот момент, когда горелка движется в одну
сторону, проволока двигалась в противоположную.
При правом способе сварки пламя направляют на уже сва-
ренную часть шва, а проволоку перемещают вслед за пламенем
по спирали (рис. 41, б), не вынимая ее конца из ванны расплав-
ленного металла. Горелку при этом передвигают прямолинейно.
Поперечные колебания горелкой при правом способе делают
108
6)
Рис. 40. Способы сварки:
а — левый, б — правый
лишь в том случае, если сваривается металл толщиной более
8 мм (рис. 41, в). ' ’ '
Применение правого способа сварки позволяет повысить про-
изводительность сварки при одновременном снижении удельно-
го расхода газов за счет лучшего использования тепла пламе-
ни, а также снизить коробление металла ввиду большей сосре-
доточенности нагрева. Применение левого способа целесообраз-
'Движение присадочной проволоки
Движение горелки
Движение горелки
А у
Движение присадочной
проволоки и горелки
Рис. 41. Схемы движения го-
релки и прутка при сварке:
а — зигзагообразное (при левом
способе), б — спиральное — прутка,
прямолинейное — горелки (при - пра-
вом способе), в — зигзагообразное
(при правом способе) с разделкой1
кромок при толщине металла бо-
лее 8 мм
но для сварки малых толщин (до 4—5 мм), а также металлов-
с пониженной (по сравнению со сталью) температурой плавле-
ния. Кроме того, при левом способе обеспечивается лучшее-
формирование шва.
Качество получаемых соединений, а также производитель-
ность процесса сварки в большой степени зависят от мощности
пламени, т. е. часового расхода горючего газа. При сварке уг-
леродистых и низколегированных сталей в нижнем положении
расход ацетилена можно выбирать для левого способа по фор-
муле
1/а = (100-ь-130)s л)час, (4)
где s — толщина основного металла в мм.
При правом способе следует использовать более мощное пла-
мя, определяя расход ацетилена по формуле
Va = (120 н- 150) з л[ч.ас. (5)
110
Вычислив по приведенным формулам расход ацетилена,,
легко подобрать соответствующий ему номер наконечника го-
релки (см. гл. X). 1При этом нужно предусмотреть некоторый
запас по ацетилену, чтобы иметь возможность регулировать,
мощность пламени в процессе сварки.
Большинство металлов сваривают нормальным (восстанови-
тельным) пламенем
В = -°Я- = 1,1 ы-1,2.
г С2Н2
Однако в ряде случаев (например, при сварке латуней, при
скоростной сварке малоуглеродистых сталей) сварка ведется1,
окислительным пламенем
₽ = 1,3 -г-1,4.
Науглероживающее пламя (р<1,1) для сварки практически’
не применяется, так как оно приводит к снижению производи-
тельности и ухудшению качества сварного шва.
Диаметр присадочной проволоки также зависит от толщины
свариваемого металла и способа сварки. Для правой сварки
диаметр присадочной проволоки может 'быть определен по фор-
муле
, s
а = —- мм,
2
(6>
где s — толщина основного металла.
При левом способе сварки диаметр присадочной проволоки1
берется на 1 мм больше, чем при правом. Практически при тол-
щинах более 15 мм всегда используют проволоку диаметром'
6—-8 мм.
Угол наклона горелки к поверхности основного металла за-
висит от его марки и толщины. Чем больше угол наклона, тем
больше тепла передается основному металлу.
При сварке стали толщиной от 3 до 12 мм горелка держится
под углом 30—60° к изделию. При этом в начале сварки, когда
металл еще недостаточно прогрет, пламя должно быть направ-
лено более отвесно, а в конце шва — более наклонно к свари-
ваемому металлу.
При сварке металла малых толщин угол наклона горелки
берут меньше, а при больших толщинах пламя направляют поч-
ти вертикально. При правом способе сварки, когда прогрев из-
делия интенсивнее, горелку держат под меньшим углом, чем при
левом способе, примерно на 20°. Присадочный пруток обычно-
располагают под углом 30—40° к поверхности изделия.
Для увеличения провара или повышения скорости сварки
изменяют угол наклона горелки, направляя пламя на основной
металл.
111
Для повышения уровня наплавленного металла при заполне-
нии разделки за один проход сварку в нижнем положении часто
ведут, располагая поверхность свариваемого металла под не-
большим углом к горизонту и используя левый способ сварки.
В случае аварки изделий из тонкого листа, имеющих боль-
шую протяженность шва, в результате усадки наплавленного
металла кромки во время сварки сближаются, что может при-
вести к появлению непроваров. Кроме того, при этом в шве
часто возникают настолько большие напряжения, что прочность
прихваток, которые ставятся перед сваркой, оказывается недо-
статочной и они разрываются. Поэтому кромки перед сваркой
устанавливают ножницами, придавая им в конце шва зазоры
около 4—6 мм, которые затем в процессе нагрева при сварке
сближаются до образования нормального зазора. Величину за-
Рис. 42. Порядок наложения
швов при сварке участками:
а — сварка от кромки, б — сварка
от середины
Рис. 43. Схема сварки
при горизонтальном рас-
положении шва
зора устанавливают либо прихватками, либо при помощи кли-
на, вставляемого в шов и передвигаемого вдоль кромок по ме-
ре сварки шва.
Если прихватки могут привести к короблению изделия, то
сварка производится в специальных зажимных приспособле-
ниях, конструкция которых обеспечивает точную взаимную уста-
новку кромок.
Одним из способов снижения сварочных напряжений, а сле-
довательно уменьшения коробления, служит метод ступенчатой
или обратно-ступенчатой сварки. При этом весь шов по длине
разбивается на участки, которые свариваются в определенном
порядке (рис. 42). При наложении каждого последующего
участка предыдущий участок перекрывают на 10—20 мм в за-
висимости от толщины свариваемого металла. Деформация
каждого следующего свариваемого участка полностью или час-
тично уничтожает деформацию, полученную при сварке преды-
дущего участка. При обратно-ступенчатом способе коробление
снижается еще и потому, что уменьшается объем металла, од-
новременно нагреваемого до пластического состояния.
Сварка швов в различных пространственных положениях. Го-
ризонтальные швы сваривают обычно правым способом (рис. 43),
2
однако процесс ведется справа налево, а сварочной ванне при-
дается некоторый перекос, что облегчает формирование шва.
При этом металл сварочной ванны удерживается от стекания
давлением газов пламени.
Вертикальные и полувертикальные (угол наклона шва к го-
ризонту от 40 до 90°) швы выполняют в большинстве случаев
левым способом, снизу вверх, располагая горелку под углом от
45 до '60° к ранее сваренному шву, а проволоку под.углом 90°
к пламени. При этом давление газов и характер движения кон-
ца присадочной проволоки должны способствовать удержанию
жидкого металла и формированию шва.
При толщине металла более 5 мм сварку вертикальных швов
ведут высокопроизводительным спо-
собом «двойного валика» (рис. 44).
При этом у свариваемых деталей
скоса кромок не делают и устанав-
ливают их с зазором, равным поло-
вине толщины металла. Сварка ве-
дется снизу вверх, как правило, дву-
мя сварщиками. Вначале внизу про-
жигают сквозное отверстие, а затем,
оплавляя верхнюю часть отверстия
и 'добавляя присадочный металл,
заполняют сварочную ванну, обра-
зующуюся на нижнем краю отвер-
стия. Шов формируется сразу на всю толщину, причем с обеих
сторон стыка образуется утолшение шва. Металл шва в этом
случае по плотности не уступает полученному при сварке в ниж-
нем положении.
Наибольшие трудности представляет сварка потолочных
швов. Поэтому, как правило, выполнение шва в этом положе-
нии стараются избегать. При сварке потолочного шва нагревают
место сварки до начала оплавления и в этот момент вводят в
ванну 'присадочную проволоку, конец которой быстро оплавляют.
Образующуюся сварочную ванну удерживают от стекания вниз
непрерывно перемещающимся присадочным прутком и давле-
нием газов пламени. Присадочный пруток держат возможно бо-
лее полого, чтобы по нему не мог стекать расплавленный ме-
талл. Сварка ведется правым способом, тонкими слоями, в не-
сколько проходов.
Рис. 44. Сварка вертикаль-
ного шва «двойным валиком»
6. КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Основными методами контроля качества сварных соединений
являются внешний осмотр, просвечивание рентгеновскими или
гамма-лучами, испытания на плотность, механические испыта-
ния, металлографические исследования.
8-956 ИЗ
6)
Рис. 45. Дефекты
сварных соединений:
а — непровар, б — под»
рез, в — наплыв
При внешнем осмотре могут быть выявлены наружные де-
.фекты: (рис. 45) непровары, подрезы, наплывы, сквозные про-
жоги. Причиной появления непроваров (рис. 45, а) могут слу-
жить недостаточный нагрев свариваемых кромок, неправильно
выбранные угол разделки или зазор под сварку, плохая за-
чистка кромок. В случаях, когда необходимо применение флюса,
непровар может явиться следствием недостаточного расхода
флюса.
Подрез (рис. 45, б), наоборот, появляется в результате слиш-
ком сильного нагрева кромок, т. е. при излишне большой мощ-
ности пламени. Кроме того, подрез может
образоваться при малом расходе присадоч-
ного металла. Увеличенная мощность пла-
мени может также привести к сквозному
прожогу. В случае избыточной подачи при-
садочного и недостаточного расплавления
основного металла могут образоваться на-
плывы (рис. 45, в), что часто сопровож-
дается скрытыми непроварами.
При просвечивании рейтгеновскимИ или
гамма-лучами могут быть выявлены скры-
тые непровары, а также внутренние поры,
шлаковые включения и свищи, не заметные
при внешнем осмотре. Причиной появления
газовой пористости в металле шва обычно
являются газы, выделяющиеся при реакци-
ях, происходящих внутри жидкой ванны
при сварке, или поглощенные ею из атмос-
феры. Методы борьбы с пористостью при
сварке различны для разных металлов и рассматриваются ниже
в соответствующих разделах, где говорится о сварке этих ме-
таллов.
Шлаковые включения обычно образуются вследствие плохой
очистки металла под сварку, недостаточного прогрева свароч-
ной ванны, а в некоторых случаях — от чрезмерно большого рас-
хода флюса.
Одним из самых опасных дефектов сварных соединений яв-
ляются трещины, которые могут образоваться как в сварном
шве, так и в околошовной зоне. Чаще всего трещины возникают
при сварке металлов и сплавов, структура которых при нагреве
изменяется (например, низколегированные стали, чугун и т. п.),
или металлов, которые становятся хрупкими при повышенных
температурах (например, латунь).
Для борьбы с трещинообразованием обычно применяют рав-
номерный нагрев всей детали перед сваркой и последующее
медленное охлаждение ее, а также выполнение сварки без
жесткого закрепления свариваемого узла.
114
Испытание на прочность и плотность позволяет определить
качество изделия без его разрушения. Сосуды, балки, трубы и
другие изделия испытывают, заполняя их водой и подвергая за-
тем давлению, в несколько раз превышающему рабочее. После
выдержки сосуда под давлением в течение 3 мин снижают дав-
ление до рабочего и производят осмотр швов. Места сквозных
дефектов обнаруживаются по течи или запотеванию. Гидравли-
ческим испытанием проверяется не только плотность, но и проч-
ность изделия.
Плотность швов тонкостенных резервуаров, не работающих
под давлением, можно проверить керосином; для этого сварной
щов с одной стороны обмазывают мелом, а с другой смачивают
керосином. В местах дефектов через некоторое время на ме-
ловой обмазке появляются пятна керосина, прошедшего через
поры и трещины в шве.
Сварные соединения испытывают на прочность по ГОСТ
6996—5'4, подвергая разрыву, загибу и удару образцы швов.
Для труб с толщиной стенки до 12 мм испытания на удар не
производят, а испытание на загиб заменяют испытанием на
сплющивание. Образцы для испытания вырезают из изде-
лия, а в случае единичного производства — из контрольных пла-
нок, изготовленных из того же материала и на тех же режимах,
что и изделие.
Металлографические исследования позволяют выявить макро-
и микроструктуру сварного соединения, мелкие трещины, не-
провары, поры и шлаковые включения, не обнаруженные при
рентгеновском просвечивании. Характерными пороками микро-
структуры сварного соединения являются перегрев и пережог ме-
талла.
Перегрев возникает вследствие длительной выдержки ме-
талла 'при высоких температурах, например при пониженной
скорости сварки.
В результате перегрева образуются укрупненные зерна ме-
талла в шве и околошовной зоне. Такой крупнозернистый ме-
талл имеет пониженные механические свойства и меньшую
пластичность. Последствия перегрева можно исправить только
соответствующей термической обработкой сварного соединения
или изделия в целом.
Пережог характеризуется образованием окисных пленок по
границам зерен металла. Он вызывается длительным нагревом
с одновременным действием на металл окислительного пламени.
Пережог значительно ухудшает механические свойства сварно-
го соединения и не может быть исправлен последующей термо-
обработкой.
Способ исправления дефектов сварки зависит от их характе-
ра, величины и места расположения. Поверхностные дефекты
(глубиной не более 1 мм) могут устраняться простым вышабри-
8* 115
ванием. Более глубокие дефекты исправляются путем вырубки
данного места шва до здорового металла и последующей завар-
ки. Вырубка дефектов производится полукруглым зубилом, при-
чем разделка шва должна иметь плавные переходы без острых
кромок и заусенцев при угле скоса кромок 45°.с каждой сторо-
ны.' Концы трещин закругляются по радиусу не менее 4 Мм или
засверливаются сверлом диаметром 6—8 мм. Концы несквозных
трещин засверливаются глубже основания трещины.
(Поверхность под заварку зачищается до металлического
блеска. Заварка производится в нижнем положении или с на-
клоном шва к горизонту не более 10—16° теми же материалами
и на тех же режимах, что и основная сварка.
Глава XI
ГАЗОВАЯ СВАРКА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ
1. СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ
СТАЛЕЙ
Общие сведения. Сталью называется сплав железа с углеро-
дом, в котором содержание углерода не превышает 2%.
В углеродистых сталях присутствуют также в небольших
количествах и другие элементы: марганец, кремний, сера, фос-
фор и т. п. Стали, в которые эти элементы вводятся намеренно,
с целью изменения их свойств, называются специальными.
Углеродистые стали в свою очередь по своему химическому
составу разделяются на низкоуглеродистые (до 0,25% С),
среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,6% С) и высокоуглеродистые
(от 0,6 до 2% С). С повышением содержания углерода увеличи-
вается прочность и твердость стали, но уменьшается ее пластич-
ность. Стали с содержанием углерода более 0,3% склонны к
закалке при быстром охлаждении.
Специальные стали по содержанию в них легирующих доба-
вок подразделяются на низколегированные (до 2,5% добавок),
среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные
(свыше 10%). В качестве легирующих добавок применяются
следующие: марганец, кремний, никель, хром, молибден и др.
Марганец в углеродистых сталях обычно содержится в
количествах до 0,8%. Он увеличивает прочность и твердость
стали, не снижая ее пластичности. При увеличении содержания
Мп до 1,5—2% и более повышается закаливаемость стали, что
вызывает затруднения при сварке.
Кремний вводится в мало- и среднеуглеродистую сталь в
пределах от 0,03 до 0,3% как раскислитель. Однако уже при
116
содержании кремния 0,5% при расплавлении стали образуются
трудноудалимые тугоплавкие шлаки из окислов кремния. При
содержании кремния от 0,8 до 1,5% он повышает упругость ста-
ли, но при содержании более 1,6% снижает ее пластичность.
При значительных количествах кремния (около 1%) увеличи-
вается усадка стали, что способствует образованию трещин в
швах.
Сера способствует образованию горячих трещин и является
вредной примесью. Содержание ее в стали должно быть не более
0,04—0,05%.
Фосфор способствует хладноломкости, т. е. образованию
трещин при обычной и пониженной температуре. С повышением
содержания углерода в стали увеличивается и вредное влияние
фосфора. Содержание в стали фосфора, так же как и серы, не
должно превышать 0,04—0,05%.
Никель обычно вводится только в легированные стали и
увеличивает их закаливаемость и прокаливаемость. В малых
количествах никель увеличивает прочность стали при сохране-
нии ее пластичности. При большом содержании никель увели-
чивает растворимость газов в стали, особенно водорода, в связи
с чем нельзя применять при сварке пламя с избытком ацети-
лена.
Хром сильно увеличивает прочность и коррозийную стой-
кость сталей, но снижает их пластичность и повышает закали-
ваемость. При содержании в стали от 1 до 3% хрома она при-
обретает высокую склонность к подкалке и образованию тре-
щин. Подкалка околошовной зоны может привести к образо-
ванию трещин. При плавлении хром образует тугоплавкий
окисел, что затрудняет сварку.
Молибден, ванадий, вольфрам и другие легирую-
щие элементы вводятся в состав легированных сталей для при-
дания им специальных свойств (жаропрочность, твердость
и др.).
Кроме того, в стали могут содержаться газы, растворяющие-
ся в железе в расплавленном состоянии (кислород, азот и водо-
род), которые могут при застывании явиться причиной образо-
вания газовых пор.
Сварка углеродистых сталей. Мало- и среднеуглеродистые
стали с содержанием углерода до 0,3% относятся к группе
хорошо сваривающихся.
В качестве присадочных металлов для сварки малоуглеро-
дистых сталей обычно применяют проволоку марок Св-08,
Св-08А, Св-ЮГА (ГОСТ 2246—60). Эти проволоки содержат
пониженное количество углерода, что уменьшает рпасность об-
разования газовых пор и обеспечивает достаточную пластич-
ность металла сварного соединения. Однако при сварке этими
проволоками нельзя получить металл шва, равнопрочный основ-
ному металлу, ввиду образования в металле шва крупнокристал-
лической структуры и уменьшения содержания углерода, мар-
ганца и кремния.
Чтобы возместить выгорание указанных элементов, приме-
няют присадочную проволоку, содержащую повышенное количе-
ство Мп и Si, например проволоку марки Св-12ГС. При этом
можно получить металл шва с прочностью не менее нижнего
предела прочности основного металла.
'В виду того что газовая сварка характеризуется меньшей
сосредоточенностью подводимого к месту сварки тепла по срав-
нению с дуговой сваркой, ее целесообразно применять для
соединения стальных деталей с малой толщиной стенки, напри-
мер фасонных частей воздухопроводов (колен), ремонте тонко-
стенных емкостей, вварке заплат и т. п. Сварка углеродистых
сталей производится нормальным пламенем при соотношении
Применение науглероживающего пламени снижает производи-
тельность сварки, способствует науглероживанию и обогащению
сварочной ванны водородом. При этом жидкий металл «кипит»,
образуя затем в шве газовые поры. Кроме того, повышение со-
держания углерода уменьшает пластичность металла сварного
шва.
Применение окислительного пламени приводит к интенсив-
ному выгоранию углерода, марганца и других элементов, что
снижает механические свойства металла шва. Кроме того,
интенсивное окисление свариваемого металла может способст-
вовать образованию окисных плен, снижающих плотность, проч-
ность и пластичность сварного соединения. Поэтому при сварке
стали обычными присадочными металлами окислительное пламя
не применяется.
Мощность сварочного пламени выбирается согласно форму-
лам (4) и (б). Некоторые сварщики применяют высокопроизво-
дительную сварку пламенем повышенной мощности (из расчета
200 л и более ацетилена на 1 мм толщины металла). При этом
пламя в основном направляется на присадочный пруток (кото-
рый в этом случае берется большего диаметра) и в меньшей
степени на изделие. Однако применение указанного метода тре-
бует высокой квалификации сварщика.
Малоуглеродистая сталь, не подкаливающаяся при быстром
охлаждении, обычно сваривается газовой сваркой без предвари-
тельного подогрева даже при значительной толщине металла,
так как в этом случае увеличенный местный нагрев металла
является неизбежным.
Среднеуглеродистые стали обладают удовлетворительной
свариваемостью, однако несколько худшей по сравнению с ма-
118
лоуглеродистыми сталями. Повышенное содержание углерода
(до 0,6%) уменьшает пластичность .металла шва и увеличивает
закаливаемость, что в свою очередь может 'Послужить причиной
появления трещин как в самом шве, так и в околошовной зоне;
кроме того, увеличенная концентрация углерода в металле шва
создает опасность появления в нем газовых пор.
Поэтому сварку среднеуглеродистых сталей следует произво-
дить с предварительным подогревом данного узла или всей
конструкции. Температура предварительного подогрева зависит
от содержания углерода в стали, толщины свариваемого метал-
ла, условий сварки (температуры окружающего воздуха) и мо-
жет колебаться в пределах от 250 до 300° для медленного и
равномерного охлаждения соединения.
Сварку следует вести с максимальной скоростью, чтобы
уменьшить время пребывания металла в расплавленном состоя-
нии. Однако не рекомендуется ускорять сварку за счет приме-
нения более мощных горелок. Наоборот, следует использовать
пламя пониженной мощности из расчета 75 л!час на 1 мм тол-
щины свариваемого металла. Это дает возможность избежать
сильного перегрева металла. Увеличения скорости сварки мож-
но достигнуть местным предварительным нагревом участка
сварки до 650—700°.
В качестве присадочного металла используют проволоку
Св-О8А с пониженным по сравнению с основным металлом со-
держанием углерода. Это способствует уменьшению «кипения»
сварочной ванны.
Часто с целью улучшения механических свойств металла
шва при сварке стали с повышенным содержанием углерода
применяют присадочную проволоку из малоуглеродистой стали,
легированную марганцем (до 0,5—0,8%), никелем (2—4%), а
иногда и с добавлением хрома (0,5—Н/о).
Обычно при газовой сварке углеродистых сталей флюсы не
применяются. Однако при сварке особо ответственных конструк-
ций, а также высокоуглеродистых (более 0,7—0,8%С) сталей
иногда целесообразно применять флюсы, например буру.
Механические свойства металла шва при сварке углеро-
дистой стали можно улучшить проковкой с последующей нор-
мализацией. Для этого участок шва нагревают горелкой до
850—900° (светло-красное каление) и проковывают молотком
весом около 0,5 кг. После проковки шов снова нагревают го-
релкой до 900° и охлаждают на воздухе, производя таким спо-
собом нормализацию металла шва.
Улучшение структуры околошовной зоны и всего сварного
соединения может быть достигнуто также последующим от-
пуском при 600—650°.
Все эти мероприятия позволяют получать качественные свар-
ные соединения при содержании углерода в стали до 0,6%.
119
Стали с большим содержанием углерода свариваются плохо и
из них можно получить качественные соединения лишь при ма-
лых сечениях свариваемого металла.
ВНИИАВТОГЕН разработана технология ускоренной свар-
ки малоуглеродистой стали сильно окислительным пламенем
0 = 1,4.
Защита сварочной ванны от окисления и улучшения механи-
ческих свойств сварного соединения в этом случае достигаются
применением присадочной проволоки Св-112ГС, содержащей
кремний и марганец, используемые как раскислители.
Предел прочности шва, сваренного окислительным пламенем,
равен или выше нижнего предела прочности для основного ме-
талла— Ст. 2 и Ст. 3 (34—Зв кгс/мм2). При этом обеспечивают-
ся полный провар, отсутствие пор, раковин и трещин в металле
сварного соединения.
Сварка стали пропано-бутано-кисло родным
пламенем. Сварка пламенем, образуемым смесью пропано-
бутана с кислородом, производится стандартной инжекторной
сварочной горелкой с наконечником на 2—3 номера больше, чем
при сварке ацетиленом либо с наконечником НЗП. Мощность
пламени при левом способе сварки устанавливается из расчета
по ацетилену 100—125 л/час на 1 мм толщины свариваемого ме-
талла с учетом коэффициента замены ацетилена пропано-бута-
ном ф = 0,6.
Сварку-можно вести как нормальным (0=3,5), так и окисли-
тельным (0 = 3,8) пламенем, применяя сварочную проволоку
Св-12ГС или Св-08ГС.
Опыты показали, что скорость сварки пропано-бутано-кисло-
родным нормальным пламенем для стали толщиной до 5 мм
близка к скорости сварки ацетилено-кислородным пламенем.
Механические свойства сварных соединений при сварке про-
пано-бутано-кислородным пламенем как восстановительным,
так и окислительным с использованием проволоки Св-12ГС не
уступают механическим свойствам соединений, получаемых при
сварке ацетилено-кислородным пламенем с проволокой Св-08.
Предел прочности сварного шва из стали марок Ст. 2 и Ст. 3
равен нижнему значению предела прочности основного металла
(34—38 кгс/мм2).
Сварка низколегированных сталей. Из этой группы сталей
для сварных конструкций в основном применяются молибдено-
вые, хромомолибденовые и хромокремнемарганцовистые стали.
Теплоустойчивые молибденовые (15М, 20М) и
хромомолибденовые стали (20ХМ, ЗОХМ и т. п.) ис-
пользуются для конструкций в котлостроении, самолетостроении
и т. п., выдерживающих значительные нагрузки. Газовая сварка
этих сталей применяется в основном при монтаже трубчатых
конструкций (рис. 46).
120
В качестве присадочного металла для сварки этих сталей
используется проволока Св-08ХНМ, Св-ЮНМ, Св-18ХМА,
Св-IOXM, Cb-IOMX (ГОСТ 2246—60). Диаметры присадочных
прутков выбираются по тем же формулам, что и при сварке
углеродистых сталей. Мощность ацетилено-кислородного пла-
мени берется из расчета 100 л!час ацетилена на 1 мм толщины
свариваемого металла. Характер пламени — строго нормальный.
Сборка и прихватка трубчатых конструкций, а также подго-
товка кромок под сварку производятся с соблюдением условий,
описанных выше.
В связи с тем, что хромомолибденовые стали склонны к под-
калке, необходимо в случаях сварки при температуре воздуха
ниже 0° производить предварительный подогрев стыка пламенем
горелки до 250—300°.
Рис. 46. Сварная рама шасси из труб низколегиро-
ванной стали
При сварке следует избегать перегрева жидкого металла,
для чего нужно стараться поддерживать ванну небольших раз-
меров. Сварку можно выполнять как правым,, так и левым спо-
собом, тонкими слоями. При соединении труб в стык первый
слой (корень шва) проваривают без присадки простым оплавле-
нием кромок для обеспечения лучшего провара.
Сварку рекомендуется вести непрерывно. В случае вынуж-
денного перерыва необходимо снова прогреть весь стык до тем-
пературы 250—300°, так как иначе возможно образование тре-
щин.
После сварки стык нагревают горелкой до температуры 900—
930° на ширину, не менее чем в 5 раз превышающую ширину
сварного шва, с последующим охлаждением на воздухе. Такая
термообработка снимает напряжения и улучшает механические
свойства шва.
Хромокремнемарганцовистые стали (хроман-
силь) по своим механическим свойствам близки к хромомолиб-
деновым сталям, но не содержат дефицитного молибдена и яв-
121
ляются менее теплоустойчивыми. Эти стали (например, ЗОХГС)
обладают повышенной склонностью к закалке на воздухе.
В качестве присадочного металла при сварке неответствен-
ных конструкций применяется проволока Св-08А. В тех случаях,
когда к сварному шву предъявляются повышенные требования в
отношении прочности, сварку ведут проволокой Св-18ХГСА или
Св-18ХМА (ГОСТ 2246—60).
Режимы и техника сварки применяются в основном такие
же, как и для сварки хромомолибденовых сталей. Однако при
сварке сталей типа хромансиль следует обращать особое вни-
мание на предотвращение образования трещин в шве и переход-
ной зоне. С этой целью по окончании сварки горелку отводят по-
степенно, подогревая факелом пламени участок на 20—40 мм
вокруг конца шва. Сам процесс сварки рекомендуется вести дб-
ратно-ступенчатым швом. После сварки детали из этих сталей
обычно подвергают полной термической обработке: закалке в
масле и отпуску с охлаждением на воздухе.
Сварка средне- и высоколегированных сталей. Из сталей это-
го типа наибольшее распространение в промышленности полу-
чили хромистые и хромоникелевые стали.
При сварке этих сталей следует учитывать их низкую тепло-
проводность (в два с лишним раза меньшую, чем для углеро-
дистых сталей), что вынуждает применять пламя пониженной
мощности (70—75 л/час на 1 мм толщины свариваемого метал-
ла); образование при сварке тугоплавкой и трудноудалимой
окиси хрома, для предотвращения которой необходимо примене-
ние флюсов; возникновение при длительном нахождении при
температурах 450—850° химических соединений хрома с углеро-
дом (карбиды хрома), которые выпадают по границам зерен.
В результате сплав теряет свою коррозийную стойкость. Для
предотвращения этого в состав основного и присадочного метал-
лов вводят небольшие количества титана и ниобия и т. п. Для
улучшения коррозийной стойкости изделие после сварки под-
вергают термообработке.
Хромистые стали в сварных конструкциях применяются как
среднелегированные (42—14% С), так и высоколегированные
(до 30% С).
Среднелегированные стали (типа 1X13, 2X13 и т.п.)
устойчивы против коррозии на воздухе. При повышенном содер-
жании углерода они склонны к воздушной закалке и в процес-
се сварки могут образовывать трещины. Сварку их ведут с пред-
варительным подогревом. В качестве присадочного металла при-
меняют проволоку того же состава, что и основной металл, ли-
бо проволоку из хромоникелевой стали марки Св-02Х19Н9
(ГОСТ 2246—60). Лучшие результаты достигаются при сварке
проволокой, содержащей титан. Сварка ведется с применением
флюса состава: 50% борной кислоты, 10% окиси кремния,
122
10% ферромарганца, 10% феррохрома, 5% ферротитана, 5% ти-
тановой руды, 5°/о плавикового шпата. В основном сварка ве-
дется правым способом. Левый способ применяется только при
сварке тонколистового металла. После сварки изделия подвер-
гают закалке с последующим отпуском.
Высокохромистые, кислотостойкие ,стали газовой сваркой
обычно не сваривают.
Высоколегированные хромоникелевые стали
находят широкое применение в промышленности благодаря вы-
соким механическим свойствам при различных температурах и
устойчивости против коррозии на воздухе и при действии кислот.
- Наиболее широко распространенная сталь этой группы мар-
ки 1Х18Н9Т является нержавеющей и кислотостойкой. Она на-
ходит применение в азотной промышленности для изготовления
теплообменников, трубопроводов, емкостей; в самолетостроении,
в ракетостроении и других областях техники.
Газовая сварка этой
стали применяется для
сложных сварных узлов
из тонкого листового ме-
талла, штамповок и труб
(рис. 47). Более широкое
применение газовой свар-
ки для этих сталей огра- .
Рис. 47. Сварные выхлопные патрубки
ничено тем, что она тре-
бует длительного' пребывания металла в интервале темпера-
тур, снижающих его коррозийную стойкость.
Сталь 1Х18Н9Т сваривается присадочной проволокой, содер-
жащей минимальное количество углерода, например Св-02Х19Н9
(ГОСТ 2246—60). Диаметр проволоки выбирается примерно
равным толщине основного металла. При сварке в большинстве
случаев пользуются флюсом НЖ-8, содержащим мрамор, фар-
фор, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и двуокись ти-
тана.
Отличительной особенностью этого флюса является отсут-
ствие в его составе соединений бора и фтора, которые могли бы
вызвать коррозию сварных соединений. Этот флюс применяется
в виде пасты, разведенной на жидком стекле (650 г на 1 кг су-
хой смеси). Паста наносится перед сваркой на кромки основного
металла с обратной стороны. Иногда флюс наносится тонким
слоем и на присадочный пруток. Сварку можно начинать только
после застывания флюса.
Высоколегированные хромоникелевые стали обладают высо-
ким коэффициентом теплового расширения, что вызывает повы-
шенное коробление при сварке. Для уменьшения коробления
сварку ведут в специальных приспособлениях обратно-ступенна-
тым швом.
123
Для того чтобы повысить коррозийную стойкость металла
шва, изделие должно быть после сварки закалено при высоких
температурах (1050—1100°) с охлаждением в воде. Однако прак-
тически такую обработку всей сварной конструкции осуществить
сложно. Поэтому иногда применяют местный нагрев сварного
шва с быстрым охлаждением.
Кроме того, по данным Института электросварки им. Патона,
температура закалки может быть снижена до 800—900°, либо за-
калка может быть заменена специальным отжигом (нагрев до
850°, охлаждение на воздухе).
2. СВАРКА ЧУГУНА
Свойства чугуна. Чугун является одним из самых распрост-
раненных в промышленности железоуглеродистых сплавов. Тех-
нические чугуны представляют собой железоуглеродокремнистые
сплавы, содержащие от 2 до 4% углерода и 1—5% кремния, в
сочетании с различными количествами марганца, серы и фосфо-
ра. Иногда в состав специальных сортов чугуна вводят один или
несколько легирующих элементов, как например никель, хром,
молибден и др.
Свойства чугуна определяются главным образом состоянием
углерода, входящего в его структуру. По этому признаку раз-
личают в основном два вида чугунов.
Чугуны со связанным углеродом или так на-
зываемые белые чугуны, в структуре которых основное
количество углерода находится в виде химического соединения
его с железом — цементита (FesC), а остальная, сравнительно
небольшая часть входит в состав металлической основы спла-
ва— перлита. Чугуны этой группы имеют белый излом, отли-
чаются высокой твердостью, хрупкостью и поэтому изделия из
них находят ограниченное применение. Сварка этих чугунов
применяется редко.
Чугуны со свободным углеродом, в структуре ко-
торых весь углерод или большая его часть находится в виде
графита. Эти чугуны обладают невысокой твердостью, хороши-
ми литейными свойствами, легко поддаются обработке обычным
режущим инструментом и имеют в изломе серый цвет.
В зависимости от формы графита различают три группы чу-
гунов.
Серые чугуны (ГОСТ 1412—54) содержат графит пластинча-
той формы, причем пластинки графита могут быть крупные,
мелкие и завихренные.
Наличие графита в виде пластин во всей массе металла
обусловливает низкие механические свойства чугуна. Серый чу-
гун как наиболее дешевый имеет широкое распространение.
Модифицированные чугуны (ГОСТ 1412—54) отличаются за-
124
вихренной и розеточной формой графитовых включений, срав-
нительно небольших размеров. Это обусловливает более высо-
кие механические свойства такого чугуна.
Ковкие чугуны (ГОСТ Г216—59) содержат графит в виде
крупных хлопьев или розеток, более или менее равномерно рас-
пределенных в основной металлической массе. Такая форма
графита обеспечивает высокие механические свойства чугуна, в
том числе и более высокую пластичность, чем у обычных серых
чугунов. Ковкий чугун получают из белого чугуна путем специ-
альной термической обработки (томлением в печах).
Чугуны со свободным углеродом широко используются во
многих областях народного хозяйства и в первую очередь в ма-
Рис. 48. Дефекты в чугунных отливках:
а — изделие с отбитой бобышкой, б —раковина на ободе планшайбы
шиностроении. Сварка этой группы чугунов применяется глав-
ным образом при исправлении брака литья, а также в целях вос-
становления поврежденных деталей.
Для исправления литейных дефектов в отливках из серого
чугуна может быть применена как электросварка, так и газосвар-
ка. Выбор метода сварки производится с учетом характера де-
фекта, его расположения в отливке, величины и технических тре-
бований к исправляемому месту.
Газовая сварка применяется главным образом при исправле-
нии дефектов небольших размеров на поверхностях, подлежа-
щих последующей обработке или уже обработанных (рис. 48).
Чугуны обладают более низкими сварочными свойствами,
чем сталь. К особенностям чугуна, затрудняющим процесс свар-
ки, в первую очередь относятся:
1) отсутствие пластичности при плавлении и затвердевании;
2) низкие пластические свойства при нормальных температу-
рах;
125
3) ухудшение механических свойств в связи с появлением от-
беленных участков и склонность к трещинообразованию при
быстром охлаждении.
Перечисленные особенности чугуна определяют необходи-
мость применения при сварке ряда технологических приемов,
важнейшими из которых являются следующие:
1. Замедленный нагрев места сварки. При быстром нагреве
можно не получить полного растворения графита в жидком ме-
талле ванны. Графит, находящийся во взвешенном состояний,
может быть удален из ванны пламенем горелки, в результате че-
го металл шва обеднится углеродом и приобретет в данном
месте структуру белого чугуна.
2. Отсутствие перегрева металла жидкой сварочной ванны,
так как перегрев уменьшает выделение свободного графита.
3. Создание необходимых условий для минимального окисле-
ния графитизирующих элементов в чугунах (углерода и крем-
ния). Защита этих элементов от окисления достигается примене-
нием флюсов, а также возможно более спокойным ведением про-
цесса сварки без перемешивания металла жидкой ванны.
4. Замедленное охлаждение после сварки. Высокая скорость
охлаждения металла сварочной ванны при переходе из жидкого
состояния в твердое приводит к образованию структуры белого
чугуна. Замедленное охлаждение необходимо также и в интер-
вале температур 740—720°, когда из-за подкалки вследствие
ускоренного отвода тепла в основную массу металла детали в
шве могут образоваться структуры, не допустимые в серых чу-
гунах.
5. Предупреждение возникновения значительных внутренних
напряжений и деформаций при сварке путем применения об-
щего или местного подогрева детали. Из-за низкой пластичности
чугунов возникновение местных напряжений может привести к
образованию трещин. Кроме того, без предварительного подогре-
ва трудно обеспечить замедленное охлаждение после сварки,
особенно если само изделие массивное, а завариваемый дефект
небольшой. Поэтому газовую сварку чугунной детали, как пра-
вило, осуществляют с местным или общим подогревом, выбор
вида которого определяется размерами и формой детали, а так-
же расположением на ней завариваемого участка.
При соблюдении указанных выше условий газовая сварка
чугуна обеспечивает получение однородности структуры наплав-
ленного и основного металла.
Технология газовой сварки чугуна. Сварка чугуна произво-
дится ацетилено-кислородным пламенем. Возможна замена аце-
тилена другими горючими газами, например пропано-бутаном
и др.
Одйако процесс сварки в этом случае требует большего на-
выка у сварщика, так как по внешнему виду пламени газов — за-
126
менителей ацетилена значительно труднее установить его нор-
мальный характер.
При сварке серого чугуна присадочным металлом служат чу-
гунные литые стержни диаметром 4—10 мм. Для получения в
металле шва структуры серого чугуна присадочные стержни
должны иметь определенный'химический состав (табл. 13).
•Таблица 13
Химический состав чугунных присадочных стержней
Марка чугунного • стержня Составные части, °/0
с Si Мп S (не более) р (не более’; Сг (не более) № (не более)
А 3-3,6 3-3,5 0,5—0,8 0,08 0,2—0,5 0,05 0,3
Б 3—3,6 3,6-4,8 0,5—0,8 0,08 0,3—0,5 0,05 0,3
Большую роль при сварке чугуна играют применяемые флю-
сы, которые должны прежде всего связывать окись кремния, об-
разующуюся в процессе сварки.
Составы наиболее распространенных флюсов для сварки чу-
гуна приведены в табл. 14.
Таблица 14
Составы флюсов для сварки чугуна
Номер флюса Составные части, °/0
Бура плавленая Углекислый натрий Азотнокислый натрий Углекислый калий Двууглекислый натрий Окись кремния
1 •100
2 50 — — — 47 3
3 56 22 — 22 — —
4 23 27 50 —. — —
Лучшие результаты при сварке чугуна обеспечивает флюс
№ 4, активно раскисляющий расплавленный металл и предохра-
няющий его от дальнейшего окисления.
Перед заваркой чугуна необходимо выявить дефектные места
и соответствующим образом подготовить их. Место, подлежащее
заварке, должно быть полностью вырублено, а трещина должна
быть прорублена насквозь, со снятием у кромок фасок. Фаски не
делают при толщине деталей до 4 мм. При толщине более 4 мм
кромкам придают V-образную форму. При подготовке фасок зу-
билом следует снимать тонкую стружку, с тем чтобы исключить
возможность появления отколов и трещин.
127
Если изделие разрушилось на отдельные куски, то для уста-
новки их в первоначальное положение часть кромок излома об-
рабатывать не следует, оставляя их в качестве сборочных по-
верхностей. Эти участки подготовляются и свариваются после
заварки ранее разделанных кромок. Подготовка кромок в этом
случае осуществляется пламенем сварочной горелки. Горячая
разделка кромок применяется для деталей толщиной от .15 до
40 мм в том случае, если невозможно применить обдирку их зу-
билом или карборундовым кругом.
Прихватки при сборке чугунных деталей следует делать дли-
ной не более 5—7 мм, так как иначе они легко рвутся под дей-
ствием внутренних напряжений.
Перед сваркой чугунных деталей чаще всего производят их
местный или общий подогрев до температуры 600—700°.
Для предварительного подогрева деталей в массовом произ-
водстве применяются конвейерные печи. После сварки деталь
снова подается на конвейер печи, где производится ее замедлен-
ное охлаждение по мере продвижения к месту выдачи готовых
деталей.
При мелкосерийном производстве возможно применение пе-
чей периодического действия и теплоизолированных камер для
замедленного охлаждения заваренных деталей. Для обеспечения
непрерывности процесса устанавливаются обычно две печи:
одна находится в работе, а другая — в состоянии загрузки.
При индивидуальном характере сварочных работ выбор на-
гревательного устройства производится с учетом размеров и ве-
са ремонтируемых деталей. Для изделий малого и среднего веса
используют открытые неглубокие горны, отапливаемые газом
или коксом. Крупногабаритные детали нагреваются в специаль-
ных ямах.
Нагрев следует осуществлять равномерно, избегая местных
перегревов изделия. После сварки деталь вместе с остатком
топлива закрывают железным или асбестовым листом и засы-
пают землей или золой для медленного охлаждения, которое
иногда может длиться 5—7 суток.
Сварка чугуна выполняется нормальным пламенем или пла-
менем с небольшим избытком ацетилена. Изменения содержа-
ния углерода в металле при газовой сварке чугуна нормальным
пламенем незначительные и не выходят за пределы допусков,
установленных для состава чугунов.
Подбор мощности пламени при сварке чугуна отличен от
принятого при сварке стали, где в основу положена толщина
свариваемого металла. При сварке чугуна основной металл, как
правило, подогревают. Поэтому толщина стенки здесь утрачи-
вает свое значение.
Сварка производится в такой последовательности.
Дефектное место нагревается до полного оплавления кромок,
128
затем разогретым концом присадочного прутка в ванну вносит-
ся флюс так, чтобы он ошлаковал все пленки окислов. В очи-
щенную от окислов ванну погружается конец присадочного прут-
ка и расплавляется в ней, находясь все время в соприкоснове-
нии с жидким металлом; при этом не следует делать резких дви-
жений прутком и пламенем горелки. Сварка ведется быстро и
по возможности без перерывов отдельными ваннами длиной
25—50 мм каждая. Заваренное место затем выравнивается свер-
ху горелкой и присадочным прутком, после чего горелка медлен-
но отводится от наплавленного металла. После сварки жела-
тельно сразу не отрывать пламени, а выдержать наплавленный
металл под его действием еще в течение 1—2 мин, а окончатель-
ное охлаждение провести в печи, в песке или под листом асбес-
та. Опыт показал, что если при заварке серого чугуна не приме-
нять мер к сохранению тепла детали и охлаждать ее на воздухе,
то твердость чугуна повысится с НВ =187—235 до Z/B=259—270.
При охлаждении на сквозняке или при низких окружающих
температурах образуются структуры белого чугуна и возможно
появление трещин.
При соблюдении технологического режима сварки серого чу-
гуна механические свойства металла шва обычно будут выше,
чем основного металла.
Металл шва удовлетворительно обрабатывается резцом.
При сварке легированных чугунов применяются присадочные
стержни из чугуна того же состава, что и свариваемый металл.
Сварка модифицированного чугуна осуществляется присадочны-
ми стержнями (ГОСТ 2671—44), в состав которых дополнитель-
но вводится 0,.14—0,30% магния. Подогрев ведется до темпера-
туры не ниже 500°.
Ковкие чугуны относятся к категории плохосваривающихся.
Наилучшие результаты дает сварка ковкого чугуна приса-
дочным прутком из белого чугуна и последующее томление де-
тали по режиму получения ковкого чугуна.
Применение при сварке ковкого чугуна стального прутка да-
ет сталистый, пористый и плохообрабатываемый шов, а приме-
нение прутка из серого чугуна улучшает плотность наплавленно-
го металла, но сварное соединение в этом случае по структуре
не однородно. Сам шов имеет структуру серого чугуна, но в пе-
реходной зоне основной металл оказывается отбеленным.
В ряде случаев сварка ковкого чугуна заменяется пайко-
сваркой его бронзами или латунью.
Низкотемпературная сварка чугуна. Для исправления дефек-
тов на обработанных поверхностях чугунных деталей, а также
в изделиях сложной конфигурации находит применение разра-
ботанный ВНИИАВТОГЕН способ низкотемпературной сварки
чугуна.
Характерной особенностью этого способа является полное
9—956 129
сохранение размеров и форм завариваемого изделия и отсут-
ствие мест со структурой белого чугуна в зоне сплавления, так
как сварка происходит без расплавления основного металла, по-
скольку нагрев детали в местах соединения производится только
до температуры 820—860°.
При низкотемпературной сварке капля расплавленного в
пламени горелки присадочного металла попадает на разогретый
до 820—860° основной металл и, соприкасаясь с ним, частично
отдает ему свое тепло, за счет чего в тонком слое происходит
Местное повышение температуры. Капля жидкого чугуна под
действием флюса и давления пламени легко растекается тонким
слоем по поверхности места сварки или наплавки. Частично
жидкий металл, под действием капиллярных сил, заполняет пус-
тоты, образованные в чугуне вследствие поверхностного выго-
рания графита. Окисление графита с поверхности чугуна имеет
место как под действием кислорода пламени, если последнее
имело окислительный характер, так и в результате взаимодейст-
вия с окислами азота, образующимися при разложении флюсов.
Заклинивание Наплавляемых частиц чугуна в капиллярах основ-
ного металла, а также взаимная диффузия атомов из жидкого
присадочного металла и твердого чугуна обусловливает прочное
соединение слоя наплавленного металла с основным.
» Низкотемпературная сварка производится обычной свароч-
ной горелкой. В качестве горючей смеси используется кислород
с ацетиленом, но возможно применение и других горючих га-
зов— заменителей ацетилена. Для сварки серого литейного чу-
гуна рекомендуется чугунные стержни следующих составов
(табл. 16).
Присадочный металл должен быть плотным, без газовых и
шлаковых включений, что достигается выплавкой его в вагранке
с копильником или в электропечи. Стержни отливаются диамет-
ром 5, 7, 9 и 12 мм. Прутки состава № 1 рекомендуются для за-
варки дефектов в тонкостенных изделиях, в которых обеспечи-
вается медленное охлаждение; прутки № 2 рекомендуются для
заварки дефектов в толстостенных изделиях.
Таблица 15
Состав присадочных стержней для низкотемпературной сварки чугуна
Марка Химический состав, °/0
с Si Мп В Ni Ti Cr не б $ олее
1 3,0—3,5 3,0-3,4 0,6—0,7 0,2—0,4 0,4—0,6 0,15-0,2 0,1 0,05
2 3,0—3,5 3,5-4,0 0,6—0,7 0,2-0,4 0,4-0,6 0,15—0,2 0,1 0,05
130
Сварка ведется с применением флюса в виде порошка или
пасты. При низкотемпературной сварке рекомендуется флюс № 4
(см. табл. 14), применяемый и при обычной сварке чугуна, Этот
флюс используется в виде порошка при сварке чугуна присадочт
ным прутком № 1. При сварке присадочным прутком № 2 реко-
мендуется применять флюс — пасту следующего состава (% по
весу):
Бура плавленая . ,................. 40
Ферротитан.................... . 11
Двуокись титана..................... 5
Азотнокислый калий................ 10
Фтористый натрий ....... 12
Углекислый литий ....... 15
Железный порошок..................... 7
Керосин . . ...... .7 весовых час-
тей на 50 час-
тей сухой
смеси
Разделка кромок производится механическим путем. Не до-
пускается применение метода горячей разделки, так как это мо-
жет привести к появлению в кромках шва участков со структу-
рой белого чугуна.
Рис. 49. Движение прутка в про-
цессе низкотемпературной сварки
чугуна
Рис. 50. Движение прутка и горел-
ки при заварке засверленных де-
фектов чугуна
Перед началом наплавки производится местный подогрев де-
тали пламенем горелки до температуры 300—400°. Для изделий
сложной конфигурации или имеющих места с большой жест-
костью рекомендуется применять общий подогрев до той же
температуры.
При сварке стыковых соединений (рис. 49) первая капля
жидкого металла наносится на верхнюю кромку. Под действи-
ем давления пламени капля растекается по скошенной кромке
вниз, по направлению к зазору. Последующие капли наплав-
ляются на нижнюю часть кромки и силой струи пламени оттес-
няются вверх. Таким образом облуживается вся поверхность
9* 131
разделки. Дальнейшее заполнение разделки металлом ведется
тонкими последовательными слоями. При этом расплавление ос-
новного металла не допускается. При заварке засверленных де-
фектов жидкий присадочный металл наносится по винтовой вос-
ходящей линии (рис. 50). Сварка ведется левым способом., Угол
между осью горелки и кромкой должен составлять 20—30°. Рас-
стояние ядра пламени от расплавляемого конца прутка должно
быть 2—3 мм. После сварки изделие должно медленно охлаж-
даться в песке, асбесте и т. п.
Наплавленный этим способом металл обычно имеет твердость
в пределах 220—250 НВ, т. е. легко может обрабатываться ме-
ханическим способом.
Технология низкотемпературной сварки чугуна обеспечивает
получение сварного соединения с сравнительно высоким преде-
лом прочности при растяжении, достигающим 16 —г- 20 кгс/мм*.
Глава XII
ГАЗОВАЯ СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
1. СВАРКА МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ
Свойства меди. Техническая медь обладает высокой электро-
проводностью, теплопроводностью и химической стойкостью про-
тив действия различных химических веществ.
Для сварных конструкций (емкостей, трубопроводов, электро-
распределительных шин и т. д.) медь применяется преимуще-
ственно в виде листов и труб.
При сварке меди необходимо учитывать некоторые ее свой-
ства, сильно затрудняющие выполнение процесса. Поэтому на
сварку меди следует выделять высококвалифицированных и спе-
циально обученных сварщиков.
Медь плавится при сравнительно низкой температуре, равной
1083°, но вместе с тем она обладает высокой теплопроводностью,
превышающей теплопроводность железа более чем в шесть раз.
Вследствие этого образование жидкой ванны при сварке требует
•большой затраты тепла. В целом ряде случаев при сварке меди
требуется предварительный подогрев изделия, применение одно-
временно двух и более горелок или горелки повышенной мощно-
сти. В результате при сварке рядом со швом разогревается ши-
рокая зона, что в сочетании с присущим меди высоким коэффи-
циентом линейного расширения приводит к сильной деформа-
ции металла при нагреве и охлаждении.
Наличие значительных напряжений в сварном соединении
может привести к образованию трещин, тем более что в интер-
132
вале температур 250—500° прочность и пластичность меди зна-
чительно снижаются.
Однако основные трудности при сварке меди связаны с боль-
шой растворимостью в ней газов и в первую очередь кислорода
и водорода. Медь активно вступает в реакцию с кислородом,
образуя закись меди по формуле
4Си -)- Og = 2CU2O. (7)
Образование закиси меди протекает особенно интенсивно при
температуре, близкой к точке плавления меди. В твердой меди
закись меди почти не растворяется, а выпадает по границам зе-
рен, что делает медь очень хрупкой. При горячей прокатке окис-
ные прослойки разрушаются и закись меди в виде отдельных
прослоек располагается по направлению волокон. При этом медь
снова приобретает высокие пластические свойства.
При сварке меди для борьбы с образованием закиси в шве
применяют различные технологические приемы. Защита метал-
ла шва от окисления осуществляется флюсами и нагревом ме-
талла строго нормальным пламенем. Дополнительное раскисле-
ние сварочной ванны осуществляется путем применения приса-
дочного металла, содержащего в качестве раскислителей фос-
фор и кремний. Разрушение образующихся окисных прослоек
идет путем проковки шва после сварки.
Одновременным использованием всех указанных .приемов
удается устранить выделение в металле шва хрупкой закиси ме-
ди по границам зерен. Однако все перечисленные меры не могут
обеспечить получение сварного соединения с достаточно высо-
кими пластичными свойствами, если в основном металле имеется
повышенное содержание кислорода. Например, при сварке меди
марки М2 и М3, содержащей до 0,1% кислорода, в зоне основ-
ного металла, прилегающей к шву, где температура оказывает-
ся выше или равна 1064°, по границам зерен меди образуются
прослойки эвтектики с закисью меди. При испытании на изгиб
таких сварных соединений разрушение происходит при незначи-
тельном угле загиба по переходной зоне. Повышение хрупкости
металла переходной зоны еще усиливается и за счет укрупнения
зерен в этом участке сварного соединения, так как с увеличением
размеров зерен относительная концентрация закиси меди на их
границах становится выше.
Для устранения хрупкости в переходной зоне сварного со-
единения наиболее радикальным средством является примене-
ние меди с пониженным содержанием кислорода (МО, Ml и
МЗС, содержащих до 0,01-н0,08% кислорода). Из технологиче-
ских мер для разрушения хрупких прослоек закиси меди может
быть рекомендована проковка после сварки. Кроме того, для
уменьшения хрупкости переходной зоны применяется предвари-
тельный наклеп кромки шва путем осадки металла в холодном
133
состоянии при подготовке фасок, что способствует измельче-
нию зерна в переходной зоне.
Водород также оказывает вредное влияние на свойства меди,
вызывая пористость шва. Отрицательное действие водорода уси-
ливается в присутствии кислорода, так как водород энергично
соединяется со свободным кислородом или с кислородом закиси
меди, образуя водяные пары по реакции
Н2 + СшО = Си + Н2О. (8)
Образовавшиеся водяные пары не растворяются в меди и не
способны диффундировать из нее. Имея очень высокое давление,
они могут привести к образованию трещин по границам зерен.
Это явление известно под названием «водородной болезни» ме-
ди. Поэтому при сварке меди необходимо следить за тем, чтобы
в пламени не было избытка ацетилена.
Кроме того, чтобы уменьшить контакт пламени с жидким
металлом, процесс сварки следует вести с возможно большей
скоростью. Лучшие результаты дает правый способ сварки.
Технология сварки меди. Наиболее полное раскисление меди
и защита металла шва от окисления осуществляются через при-
садочный металл и флюсы.
При сварке металла толщиной 1—2 мм применяют проволо-
ку из чистой (электролитической) меди Ml или М2. При свар-
ке меди толщиной 3—10 мм рекомендуется применять медную
проволоку с добавкой в качестве раскислителя 0,2% фосфора,
а при толщине свыше 10 мм — медную проволоку, содержащую
0,2% фосфора и 0,15—0,3% кремния. Излишне высокое содер-
жание раскислителей в проволоке может привести к ухудшению
свойств металла шва.
Фосфор и кремний, имея большое сродство с кислородом, от-
нимают последний от закиси меди по реакциям:
5Cu2O + 2Р = Р2О6 + ЮСи; (9)
2Си2О + Si = SiO2 + 4Си. (10)
Фосфор, кроме того, увеличивает жидкотекучесть металла
сварочной ванны, что облегчает выделение из него посторонних
примесей и газов и тем самым делает металл шва более плот-
ным.
Кремний несколько снижает жидкотекучесть расплавленного
металла ванны и поэтому облегчает сварку меди в вертикаль-
ном положении.
Выбор диаметра проволоки производится по следующим
формулам:
для толщин до 4 мм
£
2
(11)
134
для толщин свыше 4 мм
d = — +2,
2
(12)
где d— диаметр присадочной проволоки в мм; •
S — толщина свариваемой меди в лш.
Кроме того, диаметр присадочной проволоки может быть
выбран по следующим данным:
Толщина меди, мм
До 1.5
1,5—2,5
2,5-4
4—8
8—15
15 и выше
Диаметр присадочной проволоки,
мм
1.5
2,0
3,0
5,0
6,0
8.0
При сварке меди толщиной более 3 мм применяется , флюс,
который должен покрывать сварочную ванну, а также соседние
со швом участки на ширину 5—6 мм и обратную сторону сва-
риваемых кромок. Флюс применяется в виде порошка или пас-
ты, разведенной на воде или спирте. Порошкообразный флюс
вносится в сварочную ванну разогретым концом сварочного
прутка. Кроме того, флюсом до сварки посыпаются кромки ме-
талла. Флюс-паста наносится на присадочный пруток и кромки
после прогрева их до 50—60°.
Составы наиболее часто' применяемых флюсов для сварки
меди приведены в табл. 16.
Таблица 16
Флюсы для сварки меди
Номер флюса Составные части, °/0 (по весу)
Бура прокаленная Борная кислота Поваренная соль Кислый фосфорно- кислый натрий Кислый углекислый натрий
1 100
2 50 35 — 15 —
3 78 4 13 5
4 70 10 20 — —
Бура используется главным образом при сварке меди
сравнительно малых толщин в прокаленном состоянии, так как
обычная техническая бура содержит кристаллизационную влагу,
которая, попадая с флюсом в сварочную ванну, вызывает пори-
стость шва.
При сварке меди больших толщин применение одной буры
уже недостаточно, необходимо применение более активных
135
флюсов, состоящих из смеси соединений бора и натриевых со-
лей. При сварке присадочными металлами, не содержащими
фосфора, лучшие результаты дает флюс, в состав которого вхо-
дят соли фосфорной кислоты (например, флюс № 2, табл. 16).
При сварке меди может использоваться как ацетиленр-кис-
лородное пламя, так и пламя газов — заменителей ацетилена.
Мощность ацетиленового пламени при сварке меди опреде-
ляется по формуле
уа = (150 200)5 л)час, (13)
где S — толщина свариваемого металла в мм.
“Нижний предел рекомендуется для меди толщиной до 10 мм,
верхний — для больших толщин.
Сварку меди толщиной более 10 мм рекомендуется вести
одновременно двумя горелками. В этом случае одна горелка
применяется для подогрева и мощность ее (на 1 мм толщины
свариваемого металла) берется из расчета 150—200 л/час,дру-
гая— для сварки с мощностью 100 л!час ацетилена. В начале
сварки нагрев ведется двумя сварщиками, затем один приступа-
ет к сварке, а другой продолжает подогревать кромки. В конце
сварки, когда металл уже достаточно нагрет, его подогрев пре-
кращают и сварка заканчивается одним сварщиком. Этот спо-
соб по сравнению со сваркой одной горелкой повышенной мощ-
ности более выгоден, так как при нем меньше перегревается и
окисляется металл сварочной ванны.
Пламя при сварке применяется строго нормальное. Для того
чтобы уменьшить влияние продуктов сгорания второй зоны на
расплавленный металл, ядро пламени должно находиться на
расстоянии 8—10 мм от сварочной ванны. Для лучшего прогре-
ва кромок пламя следует держать почти под прямым углом к
поверхности свариваемого металла.
Сварка меди, как правило, ведется только в нижнем или вер-
тикальном положении, преимущественно стыковыми и угловыми
соединениями с внешним угловым валиком. Сварка внахлестку
и в тавр не дает хороших результатов. Стыковые соединения
толщиной до 1,5—2 мм осуществляют главным образом, без
присадочного металла, а во избежание протекания металла че-
рез зазор между кромками под них подкладывают асбест.
При толщине свариваемого металла 4—10 мм применяется
V-образная подготовка кромок с углом скоса 45° и притупле-
нием, равным Vs толщины листа. Х-образный шов применяется
для больших толщин и сварка ведется, если это возможно,
одновременно двумя сварщиками. При сварке медных труб сле-
дует избегать резких переходов в сечении сварных соединений.
Поэтому при сборке трубчатых соединений рекомендуется при-
менять вытяжку главной трубы или развальцовку приваривае-
мого патрубка (рис. 51).
136
Для лучшего заполнения разделки кромок и получения шва
большей высоты свариваемые листы укладываются наклонно,
под углом 7н-10о к горизонтальной плоскости. С целью уменьше-
ния коробления и предупреждения образования трещин листы
при сварке укладываются с расширяющимся зазором так, что-
бы в конце шва он составлял 2,5-н 4% длины шва. Длинные швы
желательно сваривать в свободном состоянии, не закрепляя лис-
ты прихватками или жесткими зажимами. Стык с обратной сто-
роны лучше подформовывать графитовой пластиной, с тем чтобы
удержать жидкий металл от протекания при большом зазоре
или сильном проваре. Если подкладку
применить невозможно, то используют
прихватки. В этом случае сварку сле-
дует начинать, чтобы не получить раз-
рыва в металле шва, в точке, отстоя-
щей. на ‘/з длины шва от его края;
затем, после окончания сварки 2/3 дли-
ны шва закончить сварку оставшейся
части шва, идя в обратном направле-
нии. Сварка длинных швов ведется
отдельными участками, количество и
длина которых выбираются в зависи-
мости от толщины свариваемой меди
и обшей длины шва.
Сварка ведется только в один слой,
Рис. 51. Способ подго-
товки под сварку трубча-
тых соединений из меди:
а — развальцовка привари-
ваемого патрубка, б—вы-
тяжка главной трубы
так как первый слой уже
создает жесткое закрепление и при наложении второго шва в
интервале температур горячеломкости меди (250—500°) могут
образоваться трещины. В процессе сварки ванна непрерывно
поддерживается в жидком состоянии и в нее вводится жидкий
присадочный металл. Конец присадочного металла должен нахо-
диться между концом второй зоны пламени и поверхностью
жидкого металла. Для уменьшения тепловых потерь при свар-
ке, если она ведется без предварительного подогрева изделия,
его следует сверху и снизу покрывать асбестовым листом,
оставляя открытыми лишь участки, подлежащие сварке.
Если от сварного изделия требуется повышенная прочность
и пластичность, то после наложения шва рекомендуется произ-
вести его проковку. Проковку металла толщиной до 4 мм про-
водят в холодном состоянии, а при больших толщинах — в на-
гретом до 500—600°. Перед проковкой, если шов имеет утолще-
ние, последнее следует срубить или спилить, так как без этого
практически невозможно проковать околошовную зону без об-
разования трещин.
Иногда после проковки для придания меди более высокой
вязкости шов подвергают отжигу, для чего его снова нагревают
до 500—550°, а затем охлаждают в воде.
При строгом соблюдении всех описанных выше технологи-
137
ческих приемов и режимов, а также при применении проковки
шва после сварки предел прочности металла шва при разрыве
составит 17—22 кгс/мм2. Если в качестве основного металла
используется медь марки М3, то угол загиба после проковки
шва составит 45—05° против 30—50° для непрокованного шва.
В первом случае разрушение при изгибе идет по переходной зо-
не, во втором — по шву. При сварке раскисленного металла,
например марки МЗС, угол загиба для прокованных швов со-
ставляет 120—180°.
2. СВАРКА ЛАТУНИ
Свойства латуней. Латунями называются сплавы меди
с цинком. Латуни обладают высокой коррозийной стойкостью,
тепло-и электропроводностью, хорошо обрабатываются давле-
нием и резанием.
Сохранение высоких механических свойств, в том числе пла-
стичности и ударной вязкости при низких температурах, обус-
ловливает широкое применение латуней для изделий, работаю-
щих в условиях глубокого холода, в частности в кислородном
машиностроении. Некоторые латуни, например, легированные
оловом, применяются в судостроении. Латуни по составу разде-
ляются на простые и специальные.
Простые латуни представляют собой сплав меди с цинком.
Специальные латуни, кроме меди и цинка, содержат в неболь-
ших количествах олово, марганец, железо, свинец и др.
Кроме того, по технологическим признакам латуни разделя-
ются на две группы: обрабатываемые давлением и литейные.
В сварных конструкциях преимущественно применяются ла-
туни первой группы в виде проката листов и труб.
Для литых латуней сварка используется главным образом
при исправлении дефектов литья.
Простые латуни также делятся на две группы: сплавы пер-
вой группы, так называемые а-латуни, содержат до 39% цинка
и представляют собой однородный твердый раствор цинка и ме-
ди. Латуни этой группы исключительно пластичны при обычной
температуре, их легкр обрабатывать глубокой вытяжкой, штам-
повкой, холодной прокаткой, волочением и развальцовкой.
В процессе холодной деформации латунь нагартовывается,
вследствие чего ее прочность и твердость повышаются при одно-
временном понижении пластичности. Пластические свойства ла-
туни восстанавливаются отжигом при температурах от 370
до 760°.
Ко второй группе относятся латуни, содержащие более
39% цинка. Эти латуни состоят из двух фаз аир либо — при
наличии более 46% цинка — только из 0-фазы. Двухфазные ла-
туни хорошо деформируются только при нагреве.
138
В специальных латунях основными добавками являются:
алюминий, никель, железо, олово, свинец, кремний, марганец.
Специальные латуни, применяемые в промышленности, состоят
главным образом из однородных твердых растворов на основе
меди и, следовательно, обладают высокой пластичностью.
Основные трудности, возникающие в процессе газовой свар-
ки латуни, связаны с легкой испаряемостью цинка из сварочной
ванны. Значительное испарение цинка вызвано тем, что чистый
цинк кипит уже при 906°, т. е. при температуре более низкой,
чем температура нагрева при сварке латуни. Поэтому уже не-
значительный перегрев сварочной ванны в процессе сварки мо-
жет вызвать кипение и испарение цинка.
Цинк, испаряясь и отделяясь от жидкой ванны, уходит в ок-
ружающую атмосферу, где энергично окисляется в тугоплавкую
пылевидную окись цинка по реакции:
2Zn + О2 = 2ZnO. (14)
Пылевидная окись цинка, образующаяся при сварке лату-
ни, ядовита. Отравление окисью цинка при сварке вызывает
через несколько часов характерное заболевание, называемое
литейной лихорадкой, которая проявляется в кратковременном
повышении температуры, сопровождаемом ознобом. Поэтому
сварку латуни необходимо вести под специальным вытяжным
устройством, а иногда даже в респираторе.
Испарение цинка из сварочной ванны, которое достигает при
газовой сварке 25%, не только ухудшает условия труда рабо-
чего, но также влияет на качество сварки, способствуя увеличе-
нию пористости шва.
Борьба с испарением цинка ведется специальными техноло-
гическими приемами, главными из которых являются: примене-
ние пламени с избытком кислорода, использование специальных
флюсов и присадочных металлов, содержащих кремний, бор и
алюминий.
Благоприятное влияние окислительного пламени, вероятно,
связано с тем, что на поверхности сварочной ванны при избытке
кислорода в пламени образуется окисная пленка, которая до
некоторой степени препятствует испарению цинка.
Наличие кремния, бора и алюминия обеспечивает образова-
ние шлакового покрова из окислов этих элементов,, препятст-
вующего испарению цинка.
К особенностям латуни относится также легкая поглощае-
мость газов (в частности водорода) жидким металлом, что
также может послужить причиной образования пористости шва.
При сварке латуни необходимо учитывать ее склонность к
образованию трещин. Это связано с тем, что большинство из-
вестных промышленных марок латуней имеет две зоны горяче-
ломкости: одну в интервале примерно 200-;-600°, а другую
139
ческих приемов и режимов, а также при применении проковки
шва после сварки предел прочности металла шва при разрыве
составит 17—22 кгс/мм2. Если в качестве основного металла
используется медь марки М3, то угол загиба после проковки
шва составит 45—05° против 30—50° для непрокованного шва.
В первом случае разрушение при изгибе идет по переходной зо-
не, во втором — по шву. При сварке раскисленного металла,
например марки МЗС, угол загиба для прокованных швов со-
ставляет 120—180°.
2. СВАРКА ЛАТУНИ
Свойства латуней. Латунями называются сплавы меди
с цинком. Латуни обладают высокой коррозийной стойкостью,
тепло-и электропроводностью, хорошо обрабатываются давле-
нием и резанием.
Сохранение высоких механических свойств, в том числе пла-
стичности и ударной вязкости при низких температурах, обус-
ловливает широкое применение латуней для изделий, работаю-
щих в условиях глубокого холода, в частности в кислородном
машиностроении. Некоторые латуни, например, легированные
оловом, применяются в судостроении. Латуни по составу разде-
ляются на простые и специальные.
Простые латуни представляют собой сплав меди с цинком.
Специальные латуни, кроме меди и цинка, содержат в неболь-
ших количествах олово, марганец, железо, свинец и др.
Кроме того, по технологическим признакам латуни разделя-
ются на две группы: обрабатываемые давлением и литейные.
В сварных конструкциях преимущественно применяются ла-
туни первой группы в виде проката листов и труб.
Для литых латуней сварка используется главным образом
при исправлении дефектов литья.
Простые латуни также делятся на две группы: сплавы пер-
вой группы, так называемые а-латуни, содержат до 39% цинка
и представляют собой однородный твердый раствор цинка и ме-
ди. Латуни этой группы исключительно пластичны при обычной
температуре, их легкр обрабатывать глубокой вытяжкой, штам-
повкой, холодной прокаткой, волочением и развальцовкой.
В процессе холодной деформации латунь нагартовывается,
вследствие чего ее прочность и твердость повышаются при одно-
временном понижении пластичности. Пластические свойства ла-
туни восстанавливаются отжигом при температурах от 370
до 760°.
Ко второй группе относятся латуни, содержащие более
39% цинка. Эти латуни состоят из двух фаз аир либо — при
наличии более 46% цинка — только из 0-фазы. Двухфазные ла-
туни хорошо деформируются только при нагреве.
138
В специальных латунях основными добавками являются:
алюминий, никель, железо, олово, свинец, кремний, марганец.
Специальные латуни, применяемые в промышленности, состоят
главным образом из однородных твердых растворов на основе
меди и, следовательно, обладают высокой пластичностью.
Основные трудности, возникающие в процессе газовой свар-
ки латуни, связаны с легкой испаряемостью цинка из сварочной
ванны. Значительное испарение цинка вызвано тем, что чистый
цинк кипит уже при 906°, т. е. при температуре более низкой,
чем температура нагрева при сварке латуни. Поэтому уже не-
значительный перегрев сварочной ванны в процессе сварки мо-
жет вызвать кипение и испарение цинка.
Цинк, испаряясь и отделяясь от жидкой ванны, уходит в ок-
ружающую атмосферу, где энергично окисляется в тугоплавкую
пылевидную окись цинка по реакции:
2Zn + О2 = 2ZnO. (14)
Пылевидная окись цинка, образующаяся при сварке лату-
ни, ядовита. Отравление окисью цинка при сварке вызывает
через несколько часов характерное заболевание, называемое
литейной лихорадкой, которая проявляется в кратковременном
повышении температуры, сопровождаемом ознобом. Поэтому
сварку латуни необходимо вести под специальным вытяжным
устройством, а иногда даже в респираторе.
Испарение цинка из сварочной ванны, которое достигает при
газовой сварке 25%, не только ухудшает условия труда рабо-
чего, но также влияет на качество сварки, способствуя увеличе-
нию пористости шва.
Борьба с испарением цинка ведется специальными техноло-
гическими приемами, главными из которых являются: примене-
ние пламени с избытком кислорода, использование специальных
флюсов и присадочных металлов, содержащих кремний, бор и
алюминий.
Благоприятное влияние окислительного пламени, вероятно,
связано с тем, что на поверхности сварочной ванны при избытке
кислорода в пламени образуется окисная пленка, которая до
некоторой степени препятствует испарению цинка.
Наличие кремния, бора и алюминия обеспечивает образова-
ние шлакового покрова из окислов этих элементов,, препятст-
вующего испарению цинка.
К особенностям латуни относится также легкая поглощае-
мость газов (в частности водорода) жидким металлом, что
также может послужить причиной образования пористости шва.
При сварке латуни необходимо учитывать ее склонность к
образованию трещин. Это связано с тем, что большинство из-
вестных промышленных марок латуней имеет две зоны горяче-
ломкости: одну в интервале примерно 200-;-600°, а другую
139
(присущую всем металлам и сплавам) выше температуры нача-
ла плавления. Максимальную пластичность латунь марки Л62
имеет при температуре 800—850°.
Практика сварки латунных конструкций показала, что тре-
щины чаще всего образуются в околошовной зоне и реже в ме-
талле шва. Как правило, трещины сопутствуют газовым и шла-
ковым включениям и непровару. В сварных швах латунных кон-
струкций обнаруживаются горячие трещины межкристалличе-
ского характера, которые образуются в процессе кристаллиза-
ции сварочной ванны, когда металл шва находится в твердо-
жидком состоянии. -
Наиболее часто встречающейся причиной образования, тре-
щин в околошовной зоне является деформация кромок свари-
ваемых изделий вследствии правки их в процессе сварки в зоне,
близкой к оплавлению.
Чтобы избежать появления подобного рода трещин, необхо-
димо уменьшать деформацию металла при сварке или произво-
дить правку кромок при более низких температурах.
Учитывая склонность латуни к горячеломкости, в процессе
сварки должны быть приняты все необходимые меры для умень-
шения коробления, снятия внутренних напряжений и т. д. По-
этому даже такая операция, как проковка шва, при сварке лату-
ни является нежелательной. Чтобы избежать проковки техноло-
гический процесс сварки должен обеспечивать достаточную плот-
ность шва и равнопрочное соединение непосредственно после
сварки.
Технология сварки латуни. Отечественной промышленностью
выпускаются несколько марок присадочной проволоки для свар-
ки латуни. Часть из них выпускается по ГОСТ 1019—47, часть —
по специальным техническим условиям.
Для сварки простых латуней может применяться латунная
проволока той же марки, что и основной металл, но в этом слу-
чае рекомендуется для устранения испарения цинка из свароч-
ной ванны производить сварку с флюсом БМ-1 (см. ниже).
Лучшие результаты сварки обеспечиваются применением
присадочной проволоки марки ЛК'62-05, содержащей в среднем
0,5% кремния. В этом случае, даже при сварке с порошковыми
флюсами, практически отсутствует угар цинка (угар цинка при
сварке проволокой ЛК62-05 составляет всего 0,7—1%).
Соответственно, кремнистая латунь без проковки .обеспечи-
вает стабильно высокие механические свойства сварного соеди-
нения, а также почти полное отсутствие в шве газовых включе-
ний.
При наличии кремния в сварном шве почти устраняется при-
сущая латуни горячеломкость в интервале температур
200^-600°.
В качестве легирующей добавки в присадочный металл вво-
141
140
дится вместе с кремнием также олово, которое придает шву
коррозийную стойкость в условиях действия морской воды и в
то же время повышает жидкотекучесть металла, вследствие ко-
торой при сварке оловянистых латуней достигается более глу-
бокий провар. Поэтому для сварки труб, замыкающих швов в
сосудах и т. п., рекомендуется присадочная проволока марки
ЛОК62-04-05 (ТУ ВНИИАВТОГЕН). В этом случае корень шва
может хорошо провариваться, образуя соединение типа паяно-
го, т. е. без значительного расплавления основного металла.
Составы присадочных металлов, применяемых при сварке
латуни, приведены в табл. 17.
Высокие качественные показатели сварки обеспечива-
ются самофлюсующимся присадочным металлом марки
ЛК'БО-62-02-004-05. Этот сплав наряду с кремнйем и оловом
содержит бор (в среднем 0,04%), который в процессе,сварки за-
меняет действие флюсов. Угар цинка при сварке этим присадоч-
ным металлом практически отсутствует. Самофлюсующийся ме-
талл повышает производительность процесса.
При сварке латуни, как правило, необходимо применять
флюсы. Составы наиболее распространенных флюсов приведе-
ны в табл. 18.
Таблица 18
Составы наиболее распространенных флюсов для сварки латуни
Номер флюса Состав флюса Содержание, °/0 (по весу) Способы приготовления
1 Бура прокаленная 100
2 Борная кислота Бура плавленая Фосфорнокислый нат- рий 35 50 15 Компоненты перемеши- ваются в мельнице или в ступке
3 Бура прокаленная Борная кислота 20 80 То же
4 Метилборат Метиловый спирт 75 25 Изготовляется путем ректификации, марка БМ-1
Наиболее распространенным и простым по составу флюсом
является флюс № 1 (прокаленная бура), которая, однако, не за-
щищает ванну от испарения цинка. Поэтому сварку с бурой ре-
комендуется вести при использовании присадочных металлов,
содержащих в качестве раскислителя кремний (например, про-
волокой ЛК62-05). Лучшая защита от угара цинка обеспечи-
.вается флюсом № 3. В этом случае при сварке окислительным
пламенем угар составляет примерно 2% по сравнению с 5%
при сварке с бурой. Флюс № 2 не дает существенных преиму-
142
ществ перед обычной бурой, но его водные пасты не затверде-
вают на воздухе, а образующиеся при сварке шлаки легче уда-
ляются.
Флюс БМ-1 представляет собой легко испаряющуюся жид-
кость с температурой кипения 54—56°. Пары ее, подаваемые в
ацетилено-кислородное пламя с помощью установки КГФ-1-56,
сгорают с образованием борного ангидрида, который, соеди-
няясь с окислами металлов, образует тонкий шлаковый покров,
препятствующий испарению цинка. Этот флюс рекомендуется
для сварки латуней всех марок. При этом может применяться
присадочный металл, как содержащий, так и не содержащий
кремний.
Сварка латуни может осуществляться с применением в ка-
честве горючего ацетилена или его заменителей. Мощность аце-
тилено-кислородного пламени выбирается по формуле
Уа = (100-f-120)-S л/час, (15)
где S —толщина свариваемого материала в мм.
Такая мощность пламени при однослойной сварке с порошко-
выми флюсами обеспечивает скорость сварки около 4—6 м)час
для толщин 3-J-5 мм. Скорость сварки латуни оказывает боль-
шое влияние на качество получаемых соединений, так как с уве-
личением скорости угар цинка уменьшается.
Для увеличения скорости сварки, уменьшения газонасыщен-
ности шва и улучшения провара латунь толщиной более 6 мм
сваривают с подогревом, применяя для этого вторую горелку с
наконечником № 5—6, причем работа ведется на пониженной
мощности пламени («мягкое» пламя). Сопутствующий подо-
грев, компенсируя теплоотвод, уменьшает перепад температур
по сечению сварного соединения, что также уменьшает свароч-
ные деформации.
Исходя из треобвания получения наименьшего угара цинка
применяется окислительное пламя. Оптимальным соотношением
кислорода к ацетилену в горючей смеси является
Пламя регулируется по внешнему виду ядра.
Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости
от толщины свариваемого металла.
Толщина свариваемого
металла в мм
1—2
2—3
4-5 .
6—7
8-10
Диаметр присадочной проволоки
в мм
2
3
5
7
''1.• 9
143
значительно реже угловые. Выполнение
сильному короблению деталей, поэтому
При газовой сварке латуни применяются преимущественно
стыковые соединения и
соединений внахлестку и в тавр требует большого нагрева ме-
талла, что приводит к
эти виды соединений при сварке латуни применяются очень
редко.
Подготовка кромок под сварку производится таким образом,
чтобы обеспечить полный провар по всей толщине свариваемого
металла. При сварке малых толщин (до 2 мм) наиболее часто
применяют соединения в стык с отбортовкой кромок. В этих слу-
чаях при сварке бескремнистых латуней для уменьшения'испа-
рения цинка и получения плотных сварных швов лучшие резуль-
таты дает использование газообразного флюса БМ.-1. При свар-
ке латуни толщиной 6 мм и более лучшие результаты получа-
ются при V-образной подготовке кромок, когда можно избежать
нежелательной при сварке латуни многослойное™ шва. Общий
угол разделки кромок при сварке латуни обычно равен 70—90°.
Очистка кромок и прилегающей зоны под сварку может про-
водиться как механическим, так и химическим путем, например
травлением в 10%-ной азотной кислоте (HNO3) с последующей
промывкой в горячей воде. При механических способах очистки
поверхность латуни зачищается напильником, проволочной щет-
кой, пескоструем.
При сварке латуни преимущественно применяется левый спо-
соб сварки. В этом случае жидкий металл меньше перегревает-
ся и создаются лучшие условия для формирования шва.
Пламя горелки направляется так, чтобы конец ядра был
удален от кромок основного металла на расстояние 10—15 мм.
Нельзя касаться ядром пламени поверхности присадочного прут-
ка и сварочной ванны, так как это вызывает ненужный пере-
грев и обогащение водородом расплавленного металла. Конец
присадочного прутка может быть погружен в ванну расплавлен-
ного металла.
Угол наклона мундштука горелки к поверхности сваривае-
мого металла поддерживается в пределах от 30 до 90°, в зави-
симости от толщины металла.
Сварку латуни желательно вести в один слой, осуществляя
провар кромок сразу на всю толщину.
Однослойная сварка дает более плотный наплавленный ме-
талл, свободный от неметаллических включений и газовых пор.
При этом производительность процесса выше, а расход газов
меньше, чем при многослойной сварке.
Однако при сварке латуни больших толщин трудно получить
полный провар металла за один проход. При толщинах более
3 мм провар обеспечивается наложением с обратной стороны
подварочного шва, а для толщин до 5 мм — применением тех-
нологической подкладки.
144
В отдельных случаях при сварке больших толщин оказы-
вается необходимым многослойное наложение шва. При этом
удовлетворительное качество наплавленного металла обеспечи-
вается использованием присадочного металла марки ЛК62-05;
в качестве флюса при этом применяется бура. Наложение каж-
дого последующего слоя производится после тщательной за-
чистки поверхности предыдущего слоя.
Наложение шва при сварке латуни может осуществляться
как непрерывно, так и отдельными участками.
Сварку швов значительной протяжен-
ности следует осуществлять ступенчатым
или обратно-ступенчатым способом.
Описанные технологические режимы от-
носятся в основном к сварке латуни в ниж-
нем положении.
На практике встречаются случаи, когда
необходимо вести процесс в вертикальном
и даже потолочном положении, например
при сварке неповоротных трубных стыков
и т. п.
Вследствие большой жидкотекучести
латуни сварка швов в горизонтальном и
вертикальном положениях представляет
значительные трудности. Сварка латуни в
потолочном положении, когда жидкий ме-
талл удерживается в шве только за счет
давления газов сварочного пламени, прак-
тически применяется крайне редко и только
для ремонтных работ, где невозможно из-
менить положение свариваемого предмета.
Рис. 52. Схема сварки
в вертикальном поло-
жении
Применение кремнистого присадочного
металла, особенно в сочетании с газообразным флюсом БМ-1,
позволяет сваривать латунь во всех пространственных положе-
ниях вследствие образования на поверхности ванны вязкой шла-
ковой пленки.
При сварке латуни методом «двойного валика» получаются
прожоги и натеки, что следует отнести за счет ее большой жид-
котекучести. Сваривать латунь в вертикальном положении сле-
дует снизу вверх, левым способом, направляя пламя под углом
45° к свариваемым кромкам и поддерживая пламенем каплю
расплавленного металла. Присадочный пруток при этом накло-
нен к кромкам под углом 45° и составляет с направлением пла-
мени угол 90° (рис. 52).
Сварку следует вести пламенем пониженной мощности, из
расчета 35—40 л!час ацетилена на 1 мм толщины свариваемого
металла. Диаметр проволоки берется на I мм меньше, чем при
сварке в нижнем положении.
10-956 I45
При соблюдении рекомендуемого режима сварки шов фор-
мируется нормально и механические свойства сварного соедине-
ния получаются удовлетворительными.
Сварку латуни в потолочном положении, так же как и в вер-
тикальном, следует вести пламенем пониженной мощности. Од-
нако при потолочной сварке процесс ведется правым способом,
что позволяет лучше удерживать расплавленный металл давле-
нием газов пламени.
Швы, выполненные в потолочном положении, имеют повы-
шенную пористость, что отражается на механических свойствах
металла шва. Это объясняется тем, что газы выделяющиеся- при
остывании шва, не имеют свободного выхода.
Газофлюсовая сварка латуни ведется с флюсом
БМ-1, который подается в пламя горелки автоматически, с по-
мощью установки КГФ-1-56.
Использование флюса БМ-1 практически мало изменяет тех-
нологический режим сварки. В качестве горючего газа при ра-
боте с флюсом БМ-1 может применяться только ацетилен.
Ввиду того что флюс БМ-1 при сварке латуни создает на по-
верхности ванны защитный шлаковый покров, получение плот-
ного шва обеспечивается не только при окислительном, но и -при
нормальном характере пламени. В этом случае соотношение
кислорода и ацетилена в смеси может колебаться в широких
пределах, а именно:
При оптимальном расходе флюса, равном от 20 до 40 г на
1 кг наплавленного металла, пламя имеет ярко-зеленый цвет.
Производительность процесса при сварке с флюсом БМ-1
возрастает примерно на 20% по сравнению со сваркой с порош-
ковым флюсом. Последнее объясняется тем, что флюс БМ-1 по-
дается в пламя горелки непосредственно в газообразном виде и
не нужно затрачивать времени на нанесение и распыление
флюса.
Сварка латуни газами — заменителями аце-
тилена по применяемой технологии ничем не отличается от
сварки латуни ацетилено-кислородным пламенем.
При сварке газами — заменителями ацетилена применяются
латунные присадочные прутки, легированные кремнием, и по-
рошковые флюсы. Размеры и время сварки шва практически
будут такими же, как и при сварке ацетиленом. Подогрев идет
быстрее, чем при сварке ацетилено-кислородным пламенем, бла-
годаря использованию тепла более горячей части пламени и
большей ширины пламени, однако увеличиваются деформации
металла.
146
При сварке газами — заменителями ацетилена с использо-
ванием присадочного металла марки ЛК62-05 угар цинка со-
ставляет меньше 1 %.
Применяя указанную выше технологию сварщик средней
квалификации обеспечивает получение плотного шва и высокие
механические свойства металла шва.
Обработка соединений после сварки. В промышленной прак-
тике часто после сварки применяют проковку швов латунных
изделий. Однако поры, получившиеся при сварке латуни, не уст-
раняются проковкой, а лишь изменяют свою форму и поэтому
при последующем рентгенопросвечивании могут не выявляться.
Таким образом, в действительности проковка латуни не повы-
шает плотности металла шва. Это обстоятельство, а также склон-
ность латуни к трещинообразованию при температурах, близких
к температурам проковки, делает проковку нежелательной. Сле-
довательно, при сварке латуни плотность металла шва необхо-
димо обеспечивать применением специальных присадочных ма-
териалов и флюсов.
Латунные соединения после сварки могут быть подвергнуты
низкотемпературному или высокотемпературному отжигу.
Низкотемпературный отжиг (270—300°) применяется для сня-
тия остаточных внутренних напряжений, возникающих в про-
цессе изготовления конструкций из латуни, не изменяет струк-
туру металла, но предохраняет латунь от последующего, так
называемого коррозийного, растрескивания. Высокотемператур-
ный отжиг (600—700°) для латунных изделий применяется
редко.
Для придания изделию товарного вида, а также для удаления
остатков флюса, которые в некоторых случаях могут вызвать
коррозию металла, производится очистка швов.
Очистку швов можно вести либо химическим либо механиче-
ским способом — зубилом, механической щеткой. После сварки
с флюсом БМ-1 шлаки легко удаляются простой промывкой
швов водой.
Окалина, образующаяся в процессе отжига изделия, может
удаляться травлением в растворе следующего состава: 50 г сер-
ной кислоты и 140 г хромпика на 1 л воды. После травления
производится промывка изделия раствором соды, имеющим тем-
пературу 40—60°, а затем водой.
3. СВАРКА БРОНЗЫ
Свойства бронзы. Бронзами называют медные сплавы, в ко-
торых специальными добавками являются: олово, алюминий,
марганец, кремний, железо и другие элементы. Название бронзе
дается по основному легирующему компоненту. Существуют две
основные группы бронз:
10* . 147
1. Оловянистые бронзы, в которых преобладающим легирую-
щим элементом является олово.
2. Безоловянные (специальные) бронзы. Сплавы последней
группы не содержат дорогого олова, но по своим свойствам не
уступают, а по целому ряду показателей даже превосходят
оловянистые бронзы. Поэтому в настоящее время главным об-
разом применяют безоловянные бронзы.
Газовая сварка бронз применяется в основном при ремонте
изделий или исправлении брака литья.
В оловянистых бронзах олова содержится до 14%
и реже до 20%. Механические свойства оловянистых бронз до-
статочно высоки. С увеличением содержания олова возрастает
твердость и прочность сплава, но понижается его пластичность.
Для обработки давлением применяются сплавы с содержани-
ем до 8% олова и с добавками фосфора, цинка или свинца. Ли-
тейные оловянистые бронзы имеют разнообразный состав и от-
личаются очень высокими литейными свойствами.
Олово снижает температуру плавления меди и резко увели-
чивает интервал между началом и концом затвердевания сплава,
что следует учитывать при сварке. Широкий интервал затверде-
вания сплава приводит к неравномерному распределению в шве
примесей. При застывании легкоплавкие составляющие сплава,
более богатые оловом, под влиянием объемных изменений и вы-
деляющихся газов перемещаются от центра к периферии сечения
шва, что приводит к появлению местной пористости в металле
шва и неоднородности его состава.
При определенных условиях эти легкоплавкие и богатые
оловом составляющие (содержащие 15—18% Sn) выступают на
поверхности в виде отдельных белых пятен или выделений, на-
зываемых «оловянистым потом». Это явление обнаруживается
при сварке бронз в случае интенсивного местного прогрева, когда
остальная часть изделия остается холодной. При таких усло-
виях металл в зоне нагрева, расширяясь, испытывает давление
со стороны окружающей более холодной массы и при достиже-
нии температуры начала образования жидкого металла, послед-
ний будет выдавливаться на поверхность металла в виде капель.
На местах выхода капель после остывания изделия обнаружи-
вается пористость. Устранить это явление можно путем равно-
мерного нагрева всего изделия или нагрева широкой околошов-
ной зоны.
При сварке олово, содержащееся в бронзе, энергично окис-
ляется по реакции.
Sn + О2 SnO2. (16)
Образующаяся двуокись олова растворяется в металле жил-
кой ванны и трудно удаляется из нее.
Поэтому необходимо
нимать меры к уменьшению окисления олова путем применения
148
флюсов и строго нормального (восстановительного) пламени.
Кроме того, для уменьшения окисления олова в присадочный
металл вводят около 0,5% фосфора.
Оловянистая бронза в случае перегрева становится хрупкой
и легко разрушается при незначительных нагрузках даже под
действием собственного веса. Это связано с образованием по гра-
ницам зерен легкоплавких составляющих, богатых оловом. По-
этому при подогреве изделия следует избегать его нагрева выше
500—600°. Изделие при подогреве и сварке следует укладывать
таким образом, чтобы оно имело несколько точек опоры. Для тя-
желых и выступающих частей изделия следует делать дополни-
тельные искусственные опоры. Нагретое изделие не следует пе-
редвигать и кантовать. В случае необходимости передвижения
детали ее нужно охладить до 600° и только после этого можно
поворачивать.
Безоловянные бронзы (алюминиевые и кремнистые)
имеют наибольшее распространение в промышленности, так как
обладают достаточно высокими антифрикционными свойствами.
Алюминиевые бронзы морозостойки, немагнитны и не дают иск-
ры при ударах. Они отличаются высокой коррозийной стойкостью,
значительно превосходящей стойкость сплавов меди с цинком и
оловом, а также жаропрочностью и поэтому находят широкое
применение в химической промышленности. Содержание алюми-
ния в этих бронзах не превышает 11%. Добавка других элемен-
тов (железа, марганца и пр.) существенно изменяет свойства
бронз, но мало влияет на их свариваемость. Основные трудно-
сти, возникающие при сварке алюминиевых бронз, связаны с
образованием тугоплавкой и трудноудаляемой окиси алюминия.
Удаление окиси алюминия из сварочной ванны осуществляет-
ся с помощью флюсов, такого же состава, который применяется
при сварке алюминия.
Иногда окись алюминия приходится удалять концом приса-
дочного прутка. Алюминиевые бронзы можно заваривать газовой
сваркой, но лучшие результаты получаются при дуговой сварке.
Кремнистые бронзы отличаются высокими механическими
свойствами, обладают значительной износоустойчивостью и кор-
розийной стойкостью. Наибольшее распространение имеют крем-
нистые бронзы с1 добавками марганца и никеля. Содержание
кремния в этих 'бронзах колеблется примерно от 0,5 до 3%.
Кремнистые бронзы хорошо свариваются. Некоторые марки
кремнистых бронз содержат до 17% цинка. При сварке таких
бронз, за счет образования пленки из окиси кремния испарение
цинка отсутствует.
Технология сварки бронз. Сварка бронз, как указывалось вы-
ше, осуществляется главным образом при ремонте изделий, по-
этому технология сварки бронз во многом аналогична сварке
чугуна.
149
Присадочная проволока выбирается по составу, близкому к
составу свариваемой бронзы. При сварке оловянистых бронз для
возмещения угара олова рекомендуется присадочная проволока
с избытком олова в количестве примерно 2% от первоначально-
го его содержания в бронзе либо с фосфором. Хорошие резуль-
таты при сварке оловянистой бронзы дает присадочная проволока
следующего состава: Си = 95—90%; Sn = 3-4-4% и Р =О,25°/о.
Иногда бронзы завариваются проволокой из латуни, например,
латуни марки ЛК62-05.
При сварке бронз, обработанных давлением, используется
присадочная проволока или полосы того же состава, что' и ос-
новной металл. Для заварки литья присадочные прутки-отли-
ваются в землю или лучше в металлический кокиль. Прутки
обычно имеют диаметр 5—8 мм и длину до 500 мм. Прутки пе-
ред сваркой необходимо тщательно очистить от остатков'земли
вначале металлической щеткой, а затем пескоструйным аппара-
том или наждачным камнем.
Флюсы для сварки оловянистых и кремнистых бронз имеют
те же составы, что и для сварки меди (см. табл. 16). Кроме того,
для сварки оловянистых бронз успешно применяется газообраз-
ный флюс БМ-1. Алюминиевые бронзы свариваются с флюсами,
применяемыми при сварке алюминия (см. табл. 21).
Подготовка кромок под сварку зависит от характера и места
расположения дефекта. При заварке трещины обычно применя-
ют V-образную подготовку кромок с углом раскрытия 70—90°.
При сквозной трещине в корне шва оставляется притупление.
Раковины вырубаются до выявления здорового металла. Угол
скоса в зависимости от толщины металла берется от 30 до 45°.
При сквозных дефектах или при заварке в таких местах, где
возможно вытекание металла, как и при сварке чугуна, следует
применять предварительную формовку шва.
Предварительный подогрев применяется преимущественно
для оловянистых бронз. Температура подогрева равна примерно
500°, процесс подогрева осуществляется в горне, работающем.на
древесном угле, либо в специально приготовленной для этой це-
ли жаровне.
При выборе мощности горелки необходимо учитывать пло-
щадь предварительного подогрева и размеры изделия.
При применении подогрева мощность племени определяется
по формуле.
K = (100-:-150)S, (17)
а без подогрева по формуле
Va = (125-4- 175)5, (18)
где Va — мощность горелки в л/час ацетилена;
5 — толщина металла в мм.
150
Пламя должно иметь строго нормальный характер. Ядро пла-
мени следует держать на расстоянии не менее 7—10 мм от сва-
рочной ванны. Процесс сварки рекомендуется проводить без
перерыва и с максимальной скоростью. После сварки изделие
медленно охлаждается под слоем нагретого песка, золы или под
асбестовыми листами.
Для улучшения структуры наплавленного металла после свар-
ки литых деталей из оловянистой или малокремнистой бронзы
рекомендуется после сварки отжиг при температуре 450—500° с
последующим охлаждением в воде.
4. СВАРКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Свойства алюминия и его сплавов. Алюминий — серебристо-
белый металл с малым удельным весом (2,7), высокой электро-
и теплопроводностью, весьма устойчив против коррозии. В чи-
стом виде алюминий находит применение главным образом в хи-
мической, пищевой и электротехнической промышленности. Алю-
миниевые сплавы, благодаря сочетанию низкого удельного веса
с достаточно высокой прочностью (часто не уступающей прочно-
сти стали) нашли широкое распространение в авиа- и автострое-
нии.
В промышленности применяются в основном три группы
алюминиевых сплавов:
а) деформируемые, не поддающиеся термообработке (типа
АМц, АМг);
б) деформируемые, упрочняемые термообработкой (типа
дюралюминий, авиаль);
в) литейные (типа силумин, магналий).
Добавка легирующих элементов может существенно изме-
нять свойства алюминия. В качестве легирующих элементов в
алюминий добавляются марганец, медь, кремний, железо.
Марганец при содержании от 0,5 до 2% увеличивает кор-
розийноустойчивость алюминия, одновременно повышая его твер-
дость и прочность. Алюминиево-марганцовистый сплав АМц,
содержащий до 1,6% Мп, высокопластичен и употребляется для
изготовления различных емкостей. Сплавы алюминия с марган-
цем не поддаются закалке.
Магний повышает прочность алюминиевых сплавов и улуч-
шает их коррозийноустойчивость. Сплавы типа АМг содержат от
2 до 6% Mg и по прочности не уступают латуням (имея предел
прочности на разрыв до 30—35 кгс/мм2'). Эти сплавы также не
упрочняются термической обработкой. Сплавы АМг находят ши-
рокое применение для изготовления различных емкостей.
Медь в алюминиевых сплавах повышает их прочность и
сообщает этим сплавам способность к упрочнению термообработ-
' 151
кой. Таким типичным сплавом является дюралюминий Д-16, со-
держащий 3,8—4,9% Си, 1,2—1,8% Mg, 0,3—0,9% Мп,остальное
А1 (ГОСТ 4784—49). Этот сплав упрочняется закалкой с пос-
ледующим отпуском (который для алюминиевых сплавов назы-
вается старением). Высокие прочностные свойства сплава Д-16
наряду с малым удельным весом позволяют использовать его в
ответственных конструкциях, применяемых в самолетостроении.
Кремний повышает жидкотекучесть алюминиевых сплавов
и уменьшает их линейную усадку при застывании. Алюминиевые
сплавы, содержащие 10—14% Si, обладают высокими механиче-
скими свойствами. Для уменьшения растворимости в сплаве та-
зов силумины, содержащие до 12% кремния, модифицируют до-
бавкой от 0,1 до 1% натрия.
Железо в алюминиевых сплавах в основном является
вредной примесью, так как снижает их пластичность и электро-
проводность. Однако в некоторых сплавах железо в сочетании
с никелем является полезным, так как несколько повышает их
жаропрочность.
Основные трудности при сварке алюминия следующие:
а) низкая температура плавления (.около 650°);
б) высокая теплопроводность, что, особенно при газовой свар-
ке, затрудняет получение качественного сварного соединения и
увеличивает зону температурного влияния;
в) высокое сродство к кислороду, что вызывает образование
при сварке окиси алюминия (АЬОз) с высокой температурой
плавления (2050°) и удельным весом, большим, чем удельный
вес расплавленного алюминия, это затрудняет удаление окиси
алюминия из сварочной ванны;
г) большая литейная усадка при застывании (кроме крем-
нистых сплавов), способствующая образованию трещин при
сварке;
д) высокая растворимость водорода в расплавленном металле
и низкая в твердом, что приводит к пористости сварного шва;
е) резкое снижение прочности при температурах 350—380'Л
что создает опасность разрушения под действием собственной
тяжести изделий из чистого алюминия при их нагреве.
Все эти особенности алюминия и его сплавов должны учиты-
ваться при выборе режимов и условий сварки.
Технология сварки алюминия и его сплавов. Газовая сварка
алюминиевых сплавов в большинстве случаев производится аце-
тилено-кислородным пламенем. Применение газов — заменителей
ацетилена (например, метана) может быть рекомендовано для
сварки толщин до 8—10 мм.
Пламя по характеру поддерживается строго нормальным
(восстановительным), т. е. Р = —^—= 1,1 н-1,2. Применение
С3Н2
окислительного пламени приводит к увеличению окисленности
металла сварочной ванны; науглероживающее пламя содержит
повышенное количество водорода, который вызывает образова-
ние пористости шва.
Мощность ацетилено-кислородного пламени выбирается в за-
висимости от толщины свариваемого металла (табл. 19).
Таблица 19
Мощность ацетилено-кислородного пламени и диаметр присадочной
‘ проволоки при сварке алюминия и его сплавов
Толщина металла, мм
До 1,5
1,5—3,0
3,1—5,0
Более 5,0
Расход ацетилена
(мощность пламени), л[час
50-100
100—200
200-400
400—1200
Диаметр присадочной
проволоки, мм
1,5-3,0
2,5—3.0
3,0—4,0
4,0-8,0
В качестве присадочного металла 'могут применяться прутки
и проволока из металла того же состава, что и основной. Одна-
ко для большинства алюминиевых сплавов лучшие свойства до-
стигаются при сварке с присадочной проволокой АК, содержа-
щей кремний, так как при этом благодаря снижению литейной
усадки уменьшается опасность образования трещин. Кроме того,
благодаря повышенной жидкотекучести этого металла техноло-
гический процесс сварки упрощается.
Проволоку АК нельзя применять для сварки сплавов, содер-
жащих 3% магния и более, так как последний образует с крем-
нием хрупкое химическое соединение, что ведет к разрушению
таких швов в процессе эксплуатации изделия. Сварку таких
сплавов лучше производить присадочным металлом, содержащим
повышенное по сравнению с основным металлом количество маг-
ния (но не более 6%), что увеличивает жидкотекучесть и об-
легчает получение полного провара в шве.
Сплавы типа дюралюминия можно сваривать проволокой АК
только в тех случаях, когда изделие в последующем не подвер-
гается упрочнению термообработкой, так как шов, сваренный
проволокой АК, не поддается закалке. Конструкции, подверга-
ющиеся последующей термообработке, следует сваривать про-
волокой из сплава, аналогичного по составу основному металлу.
Для заварки дефектов алюминиевого литья применяют прут-
ки, отлитые из модифицированных сплавов АЛ4. Возможно так-
же применение проволоки из чистого алюминия из сплава АМц
или АК. Применение немодифицированных прутков, аналогичных
по составу основному металлу, может привести к образованию
газовых пор.
153
Присадочные прутки для газовой сварки алюминия и его сплавов
Состав, %
S3
При сварке деталей из разно-
родных алюминиевых сплавов в
качестве
присадочного
металла
выбирают тот из соединяемых
сплавов, который обладает луч-
шей свариваемостью, или при-
меняют специальные присадоч-
ные прутки марок АК, АЛ4,
составы которых
табл. 20.
приведены
В настоящее время сварка
алюминия
ведется
практически
во всех случаях с применением
флюсов. Основным назначением
флюса является ошлаковывание
и удаление из сварочной ванны
тугоплавкой окиси алюминия.
Применяемые флюсы (табл. 21)
состоят из смеси хлористых и
фтористых солей, обеспечиваю-
щих перевод тугоплавкой окис'и
А1 в летучий хлорид, например,
по реакции
А12О3+6КС1=2А1С13+ЗК2О. (19)
Входящий в состав флюсов
натрий способствует получению
плотных швов. Применение в ка-
честве флюса смесей из несколь-
ких солей определяется необхо-
димостью получения флюса с
температурой плавления более
низкой, чем у свариваемого ме-
талла. Кроме того, расплавлен-
ный флюс, а также образуемые
им шлаки должны иметь мень-
ший удельный вес, чем сваривае-
мый металл для полного удале-
ния шлаков из сварочной ванны.
Флюсы, не содержащие хло-
ристого лития, более дешевы, од-
нако обладают гораздо худшими
технологическими свойствами.
Наибольшее распространение в
промышленности получил флюс
АФ-4А.
Все флюсы для сварки алю-<
154
Таблица 21
Флюсы для сварки алюминия и его сплавов
Марка флюса Состав флюса, °/0 (по весу)
LiCl КС1 NaCl ВаС13 MgCl, LiF NaF Na,О, Na,B,O,
АФ-4А 14 50 28 8
№ 170 — 35 35 20 5 5 —. — —.
№ 223* — 30 30 — — — — 30 10
* Флюс № 223 рекомендуется только для сварки алюминиевого литья.
миния гигроскопичны и при хранении в открытой таре быстро
разлагаются, теряя свою флюсующую активность. Поэтому их
следует держать в герметичных стеклянных банках.
Флюсы при сварке наносятся на металл вручную, в виде па-
сты, разведенной на воде или спирте. Флюс следует разводить
не более чем за 9 час до сварки; приготовляют пасту в'коробках
из нержавеющей стали.
Флюс-паста наносится на присадочные прутки или основной
металл перед сваркой с помощью волосяной кисточки, а во вре-
мя сварки — окунанием прутка во флюс.
Для алюминия и его сплавов применяются в основном сты-
ковые соединения. Менее распространены угловые и тавровые.
Применение соединений внахлестку не рекомендуется, так как в
этом случае в зазоре между листами после сварки может ос-
таться флюс, что приведет в последующем к коррозии и разру-
шению металла сварного соединения.
Подготовка кромок под сварку производится в зависимости
от толщины свариваемого металла согласно табл. 22.
Для материала толщиной до 1,2 мм часто применяют сварку
без присадочного металла с отбортовкой кромок. При этом вы-
сота отбортовки равняется примерно двум толщинам сваривае-
мого металла. При сварке такого тонкого материала с целью
компенсации напряжений от усадки металла шва применяют
зиговку на расстоянии 30—40 мм от стыка.
Допускается сварка материалов разных толщин при соотно-
шении их не более 2 : 1. В этом случае зазоры устанавливают,
исходя из большей толщины свариваемого металла.
Сплавы, подвергающиеся упрочнению путем нагартовки или
термообработки, рекомендуется сваривать в отожженном состоя-
нии. При сварке закаленных деталей металл в околошовной зо-
не приобретает отожженную структуру, и для получения равно-
прочного соединения деталь в целом приходится вновь подвер-
гать термообработке.
155
Таблица 22
Подготовка кромок при сварке алюминия
Эскиз соединения Толщина материала 0, мм Величина зазора а. мМ Размеры разделки кромок
Притупление кромок Ь, мм Угол скоса кромок а, град
До 1,5 До 1,0 Без скоса кромок; допускается от- бортовка кромок
1,5—3,0 0,8-2,0 Без скоса кромок
3,1—5,0 1,5—2,5 1.5—1,8 60-65
Более5,0 2,0—5,0 1,6—2,0 65-70
До 1,5 0,3—0,5 Без скоса кромок
s » 1,6—3,0 0,5—1,0 То же
ь -S «—к»- 1 3,1-5,0 0,8—1,5 1,0-1.2 50-60
% и в» Более 5,0 1,0—2,0 1,2—1,5
5 До 1,5 1,6—3,0 0,3—0,5 0,5—1,0 Без скоса кромок
3,1-5,0 10,8—1,5 1,0-1,5 40—60
Более 5,0 1,0—2,0 1,5—2,0
Примечания. 1. В угловом соединении при толщине материала до 5 мм
включительно скос кромок у вертикального листа можно не производить.
2. В тавровом соединении при толщине материала более 5 мм допускается двух-
сторонний скос кромок.
В сплавах, упрочняемых нагартовкой, механические свойст-
ва сварного соединения могут быть улучшены проковкой. Од-
нако во всех случаях сварка упрочненных, а следовательно обла-
156
дающих пониженной пластичностью сплавов, увеличивает опас-
ность трещинообразования.
Перед сваркой поверхность основного и присадочного метал-
лов должна быть очищена от загрязнений, обезжирена и с нее
должна быть удалена пленка окисла AI2O3.
Иногда удаление этой пленки производят механически (сталь-
ной щеткой), однако в промышленности для этой цели преиму-
щественно применяются химические методы очистки (травление),
обеспечивающие наиболее полное удаление окиси алюминия.
Обычно обезжиривание производят в щелочном растворе,
имеющем, например, такой состав (на 1 л воды):
тринатрийфосфат (Na3PO412H2O) . . . 40—60 г
едкий натр (NaOH).................... . 8—12 ,
жидкое стекло (Na2SiO3)............... 25—35 »
Обезжириваемые детали опускаются в раствор, нагретый до
60—70°, и выдерживаются в нем 3—£> мин, после чего про-
мываются теплой проточной водой.
Травление для удаления окисной пленки может производить-
ся в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты с последующей
промывкой в теплой, а затем в холодной проточной воде. Такое
травление уменьшает опасность образования в шве газовых пор.
Широко распространен также метод травления алюминиевых
сплавов в щелочном растворе, например, состава (на 1 л воды):
едкого натра (NaOH) ... ..... 20—35 г
углекислого натрия (Na2COs)....... 20—30 »
После травления в этом растворе детали осветляются в
15%-ном растворе азотной кислоты и после каждой операции
промываются в теплой и холодной воде, а затем сушатся.
Очищенные детали поступают на сборку и прихватку. Следу-
ет учитывать, что при хранении деталей на протравленной по-
верхности вновь образуется окисная пленка, поэтому перерыв
между травлением и сваркой не должен превышать 8 час.
Прихватка производится на тех же режимах, что и сварка.
Размеры прихваток и расстояние между ними следует выбирать
по табл. 23.
Порядок наложения прихваток показан на рис. 39.
Так как флюсы для сварки алюминия способны разъедать
металл, то разрыв между прихваткой и сваркой не должен пре-
вышать 1 час. В противном случае все прихваченные места сле-
дует промыть горячей водой. Если же этот разрыв превышает
24 час, то применяют промывку прихваток в 2—3%-ном растворе
хромового ангидрида.
Сварка алюминиевых сплавов толщиной до 5 мм осуществ-
ляется без предварительного подогрева. При сварке больших
157
Таблица 23
Размеры прихваток и расстояние между ними в зависимости от толщины
металла
Толщина металла, мм Размеры прихваток, мм Расстояние между прихватками, мм
Высота Длина
До 1,5 включительно 1,0-1,2 5—7 10-30
1,6—3,0 1,2-2,0 6-10 30-50
3,1—5,0 2,5—3,5 6—15 50-80
Более 5,0 3,0—8,0 10—30 80-120
толщин, особенно для сплавов, обладающих пониженной пла-
стичностью (например, силумина), рекомендуется предваритель-
ный подогрев пламенем горелки до 300—350°.
Температуру алюминиевых сплавов трудно контролировать
на глаз, так как при нагреве они не меняют цвета, Чтобы из-
бежать перегрева металла, можно пользоваться следующими
признаками:
а) при достижении температуры подогрева на алюминии ос-
тается след обугливания при натирании его деревянной палоч-
кой;
б) при температуре 300° металлический звон от удара, харак-
терный для алюминия, исчезает;
в) нагрев следует считать законченным, когда флюс-паста
растекается и принимает воскообразный вид. Кроме того, темпе-
ратуру нагрева можно установить с помощью термокарандашей.
Сварку рекомендуется осуществлять вне приспособлений. В
случае необходимости сварки в приспособлении оно должно обес-
печивать свободное расширение и усадку свариваемых элемен-
тов, а также непрерывную сварку всего шва. При сварке деталей
сложной конфигурации из чистого алюминия следует предусмот-
реть специальные опоры, которые исключили бы возможность
разрушения нагретого до 400° металла рядом со швом под дей-
ствием собственного веса.
Сварку алюминия и его сплавов в нижнем положении обыч-
но ведут левым методом. Однако при толщине металла свари-
ваемых деталей более 5 мм можно применять правую сва*рку.
При толщине металла не более 3 мм горелку и присадочный
пруток передвигают только поступательно. При сварке изделий
большей толщины горелке и прутку придают колебательные дви-
жения.
При сварке без флюса удаление окиси -алюминия из ванны
осуществляют с помощью железного прутка, которым энергична
перемешивают металл ванны. Однако в этом случае трудно обес-
158
печить качественное сплавление и получить чистый металл шва,
свободный от окисных включений.
Угол наклона горелки к поверхности свариваемого металла
составляет 30—45° при толщине металла до 5 мм и 45—60° —
при толщине металла более 5 мм. Присадочный металл удержи-
вается под углом 40—50° к поверхности детали. При сварке яд-
ро пламени должно отстоять на 3—5 мм от свариваемого ме-
талла. Следует учитывать, что окись алюминия весьма тугоплав-
ка, и сварщик может не заметить, что впереди горелки под твер-
дой пленкой окиси металл уже расплавлен. В результате этого
могут получиться провалы металла и прожоги в шве.
Ввиду склонности алюминия и его сплавов к образованию
трещин сварку швов большой протяженности (более 500 мм}
следует вести ступенчатым или обратно-ступенчатым швом, при-
чем сварку первого участка начинать, отступив 80—100 мм от
кромки листа. Заканчивая шов, пламя горелки отводят плавно,
обеспечивая этим постепенное охлаждение металла. Каждый ра-
нее наложенный участок шва при сварке последующего участка
перекрывается на длину 6-:-25 мм, в зависимости от толщины
свариваемого материала.
После сварки металлу дают возможность полностью охла-
диться на воздухе. Сварные соединения из алюминия и сплава
АМц можно после сварки подвергать проковке, что повышает
прочность и плотность шва.
Алюминий и его сплавы сваривают преимущественно в ниж-
нем положении. В случае необходимости может быть осуществ-
лена также сварка в горизонтальном и вертикальном положе-
нии. Получение качественных швов при сварке в потолочном
положении весьма затруднено.
Заварка трещин и брака литья осуществляется примерно по
той же технологии, что и сварка литых деталей из бронзы. Сло-
манную деталь помещают для сварки в приспособление, фикси-
рующее правильное положение ее частей. Литые детали больших
размеров или детали сложной конфигурации должны подвер-
гаться равномерному предварительному нагреву в печи.
Сварку трещины или излома после соответствующей раздел-
ки и очистки их кромок ведут, начиная от середины по направ-
лению к концам, накладывая шов участками длиной по
50-ь-60 мм.
После сварки детали не вынимают из фиксатора, пока они не
охладятся ниже 400°, так как иначе возможны разрывы ввиду
пониженной прочности металла при этой температуре.
Заваренную литую деталь, для улучшения структуры и ме-
ханических свойств металла сварного шва можно подвергнуть
отжигу при 300—350° с последующим медленным охлаждением.
После окончания сварки следует тщательно удалить остатки
флюса с наружной и внутренней поверхностей сварного соедине-
159
ния. При сварке деталей из тонких сплавов- (толщиной до 1 мм)
типа дюралюминий и АМг промежуток между временем оконча-
ния сварки и удаления остатков флюса должен быть не более
1 час. Для остальных сплавов этот промежуток может быть уве-
личен до 6 час. Это объясняется разъедающей способностью
флюсов, которая может привести к полному разрушению свар-
ного соединения.
Механическая зачистка швов от флюса недостаточна, та.к как
частицы флюса могут остаться в небольших порах и зазорах.
Поэтому удаление остатков флюсов после сварки производят
химическим путем. Обычно вначале сварные соединения с лице-
вой и обратной стороны промывают горячей водой. Затем их
погружают на 5—10 мин в 2—3%-ный водный раствор хромо-
вого ангидрида, нагретый до 60—80°, после чего промывают в
горячей воде и сушат при температуре 100—180° чаще всего в
сушильном шкафу. Крупногабаритные изделия сушат горячим
воздухом до полного удаления следов влаги.
Качество промывки можно проверить 2%-ным раствором
азотно-кислого серебра. Если капли этого раствора, нанесенные
на сварной шов после промывки, вызывают образование тяже-
лого белого осадка, то деталь промыта недостаточно и промыв-
ку следует повторить.
При соблюдении правильной технологии сварки можно полу-
чать высококачественные соединения алюминия и его сплавов.
Механические свойства таких соединений, как правило, несколь-
ко ниже свойств прокатного металла. При сварке сплава АМц
прочность сварного соединения достигает 8,5—11,5 кгс)мм2, а при
сварке сплава АМг — 5—18,22 кгс/мм2. При сварке литья обычно
обеспечивается равнопрочность сварного соединения, особенно
в случае применения отжига изделия после сварки.
5. СВАРКА МАГНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Магний относится к числу наиболее легких металлов (удель-
ный вес 1,74). Он хорошо обрабатывается резанием, но имеет
сравнительно низкую коррозийную стойкость. В настоящее время
найдены эффективные методы защиты магния от коррозии, что
значительно расширило область его применения в промышлен-
ности. Сплавы магния также обладают малым удельным весом,
достаточно высокими механическими свойствами и поэтому на-
ходят большое применение в автомобильной и авиационной про-
мышленности. Сплавы магния применяются как в деформиро-
ванном виде, так и в виде литья.
Магниевые сплавы, обрабатываемые давлением, в качестве
основных добавок Мп содержат от 0,15 до 2,5%; А1 от 3 до 9%
и Zn от 0,2 до 1,5%.
160
Газовой сваркой удовлетворительно свариваются магниевые
сплавы марок МА-2, МА-3, МА-5 и МА-8, хуже свариваются
сплавы МА-1. Литейные сплавы магния (ГОСТ 2854—45) содер-
жат до 2% Мп, Zn и до 11% А1. Газовая сварка этих сплавов
применяется при исправлении литейных дефектов и ремонте де-
талей.
Большие затруднения при газовой сварке магния и его спла-
вов создаются их легкой воспламеняемостью, так как температу-
ра плавления магния близка к температуре его воспламенения.
Чтобы предотвратить воспламенение расплавленного или твер-
дого, но сильно разогретого металла, он должен быть надежно
изолирован от сварочного пламени слоем флюса. Кроме того,
сварка осложняется низкой температурой плавления магниевых
сплавов и наличием тугоплавких окислов магния, легко образу-
ющихся на поверхности сварочной ванны. Красноломкость боль-
шинства сплавов магния способствует образованию трещин при
сварке.
При сварке магниевых сплавов в качестве присадочного ме-
талла используются прутки из сплава того же состава, что и ос-
новной металл.
Ниже приводятся присадочные металлы для сварки дефор-
мируемых сплавов магния.
Марка сплава Марка присадочного металла
МА-1 МА-1 или МА-8
МА-8 МА-8 или МА2-1
МА-2 МА-2
Присадочный металл перед сваркой должен быть обезжирен
и протравлен в 20%-ном растворе азотной кислоты либо зачи-
щен металлической щеткой. При сварке магния и его сплавов
используются флюсы, рекомендуемые при сварке алюминия. Од-
нако остатки этих флюсов, особенно флюса АФ-4А, в силу их
гигроскопичности вызывают коррозию швов. Лучшие результаты
дают негигроскопичные флюсы, хотя они более тугоплавки, что
затрудняет технологический процесс сварки. Примером такого
флюса может служить флюс марки ВФ-156 (% по весу):
фтористый магний........................ 24,8
фтористый барий ..........................33,3
фтористый литий......................... 19,5
фтористый кальций....................... 14,8
натриевый криолит (марки К-1 или К-2) . . 4,8
окись магния MgO.......................... 2,8
Флюсы разводятся водой до сметанообразного состояния и
наносятся тонким слоем на присадочный пруток. Кроме того,
флюс иногда наносится на обратную сторону свариваемых кро-
мок. Сварка ведется ацетилено-кислородным пламенем, причем
11—956 161
рекомендуется применять ацетилен, очищенный от сероводорода.
Пламя устанавливается нормальное либо с небольшим избытком
ацетилена.
Ядро пламени в процессе сварки должно находиться на рас-
стоянии 3—5 мм от поверхности сварочной ванны. Мощность
пламени дана в табл. 24, где также приводятся другие данные
технологического режима сварки.
Таблица 24
Режимы сварки магниевых сплавов
Толщина сваривае- мого металла, мм Диаметр присадоч- ного металла, мм Мощность пламени ацетилена, л)час Количество с/оев шва
До 1,5 1,5—2,5 50-100 1
1,5—3,0 2,5—3,0 100-200 1
3,1—5,0 3,0—4,0 200—400 1—2
5,1—10,0 5,0—8,0 400—700 1—3
Более 10,0 6,0—10,0 700—1200 Более 3
Для магниевых сплавов рекомендуется применять стыковые
соединения; соединений в тавр, в угол и внахлестку следует из-
бегать. Листы магния толщиной до 3 мм свариваются без раз-
делки кромок, с зазором между ними до 2 мм. При большей
толщине магния применяется V-образная разделка с углом ско-
са кромок 60—70°. Свариваемые кромки на участке 10—15 мм
от шва должны быть тщательно очищены от загрязнений и обез-
жирены. Перед сваркой производится прихватка деталей
(табл. 25). При прихватках применяются те же режимы, что и
при сварке.
Таблица 25
Размеры прихваток и расстояние между ними в зависимости от толщины
металла
Толщина металла, ММ Размеры прихваток, мм Расстояние между прихватками, мм
Высота Длина
До 1,5 1,0—2,0 5-10 20—40 »
1,5—3,0 1,5—2,5 5-10 30—60
3,1—5,0 2,0—3,5 6—12 50—80
5,1—10,0 3,0-5,0 8—15 80—120
Более 10,0 4,0—6,0 10-30 120-200
Не рекомендуется производить прихватку в местах резких
переходов толщин, углах и т. п. Перед сваркой детали толщиной
более 5 мм следует подогревать до температуры 300—350°. В за-
162
висимости от формы и величины детали это может быть местный
или (для сложных изделий) общий подогрев.
Сварка ведется левым способом и только в нижнем положе-
нии. Иногда применяют сварку в наклонном положении, под уг-
лом не более 45°. При длине шва 500 мм и более лучшие ре-
зультаты дает обратно-ступенчатый способ сварки. Пламя долж-
но быть направлено под углом 30—45° к поверхности сваривае-
мого металла, при толщине металла до 5 мм и 45—60° — при
больших толщинах. Присадочный пруток в обоих случаях дер-
жится под углом 40—50° к поверхности детали. Конец приса-
дочного прутка в процессе сварки должен плавиться в свароч-
ной ванне.
Техника сварки магниевых сплавов во многом аналогична
технике сварки алюминия. Скорость сварки следует поддержи-
вать возможно более высокой; например, при толщине металла
1—2 мм скорость сварки должна составлять 6—9 м]час. Сварку
рекомендуется вести без отрыва пламени от сварочной ванны и
заканчивать весь шов за одну операцию.
Остатки флюса и шлак должны быть не позднее чем через
3 час после сварки удалены с поверхности шва механическим пу-
тем (стальными мягкими щетками) или обдувкой песком.
Для снятия остаточных напряжений после сварки изделие
рекомендуется термически обработать. Так, например, после за-
варки литейных дефектов в мдгниевых сплавах марок МЛЗ —
МЛ7 рекомендуется применять отжиг при температуре 200—250°
в течение 2—4 час.
Прочность сварных соединений магниевого сплава, выполнен-
ных газовой сваркой, составляет 60-5-80% от прочности основ-
ного металла.
6. СВАРКА НИКЕЛЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Свойства никеля. Никель обладает рядом важных техничес-
ких свойств и поэтому используется для весьма ответственных
конструкций в химической, пищевой и других отраслях промыш-
ленности.
Для сварных конструкций применяется технический никель
марки НТ (ГОСТ 492—52), выпускаемый в виде листов, лент,,
труб и проволоки. Он обладает высокими антикоррозийными и
механическими свойствами, хорошо обрабатывается давлением'
в горячем и холодном состоянии, хорошо свариваемся газовой)
сваркой. Наиболее вредными примесями в никеле являются се-
ра и свинец, вызывающие красноломкость никеля. Сера с нике-
лем дает весьма хрупкую прослойку по границам зерен с тем-
пературой плавления 644°. При содержании серы около 0,01%
никель и его сплавы могут легко разрушаться при обработке дав-
11* 163:
лением. Поэтому, чтобы не повысилось содержание серы в свар-
ном шве при сварке ацетилено-кислородным пламенем необходи-
мо применять ацетилен, очищенный от примеси сернистого
водорода.
Свинец не растворяется в никеле и его сплавах, поэтому уже
при содержании свинца более 0,002—0,005% никелевые сплавы
могут разрушаться -при горячей обработке давлением.
Основные трудности, возникающие при сварке никеля, следу-
ющие:
1. Никель в жидком состоянии легко поглощает газы.-При
затвердевании металла растворимость газов резко падает и если
они не успеют выделиться из расплавленного металла, то В'Шве
образуется пористость. Для того чтобы облегчить выделение га-
зов, следует при сварке никеля применять правую сварку.
2. Никель образует с кислородом тугоплавкие окислы (при-
мерная температура плавления NiO— 1655°), трудно удаляемые
из сварочной ванны. Вместе с тем наличие в металле даже не-
большого количества кислорода (^--0,02% Оа) сообщает «ему
хрупкость в холодном состоянии. Чтобы уменьшить окисление
никеля при сварке, применяют строго нормальное (восстанови-
тельное) или даже слегка науглероживающее пламя, а также
флюсы.
Технология сварки. При сварке никеля в качестве присадоч-
ного металла используют полосы, вырезанные из основного ме-
талла, или проволоку такого же состава. Для лучшего раскисле-
ния металла шва применяют присадочный металл из никеля,
содержащего до 3% Мп или около 0.06°/о Mg и около 0,2% Si.
Марганец и магний положительно влияют на свойства никёля,
раскисляют металл шва и нейтрализуют вредное действие серы.
Кремний также выполняет роль раскислителя, но при повышен-
ных содержаниях он сообщает никелевым сплавам хрупкость.
Диаметр присадочной проволоки (или толщина полосы) берет-
ся равным половине толщины свариваемого металла.
Сварку никеля можно вести без флюса, но лучшие результа-
ты получаются при применении флюсов. Составы флюсов при-
ведены в табл. 26.
Таблица- 26
Составы флюсов для сварки никеля
Номер флюса Составные части, °/0 (по весу)
Бура прокаленная Борная кислота Хлористый натрий Фтористый калий
1 100 —
2 25 75 — —
3 30 50 10 10
164
Флюсы применяют в виде порошков или паст и наносят на
свариваемый металл обычным способом.
Мощность ацетилено-кислородного пламени выбирается по .
формуле
V = (140-н 200) 5, (20)
где S — толщина металла в мм;
V — мощность горелки в л1час ацетилена.
Для никеля рекомендуется применять стыковые соединения.
Сварка внахлестку не применяется ввиду значительной величи-
ны деформации листов при нагреве. Сварку листов толщиной до
1,5 мм ведут с отбортовкой кромок, без присадочного металла.
При толщине свариваемого металла до 4 мм скоса кромок де-
лать не требуется. Для больших толщин применяют V-образную
разделку кромок с углом 70—90°.
Перед сваркой листы скрепляют прихватками через каждые
100—200 мм. Для уменьшения деформации металла сварка ве-
дется обратно-ступенчатым способом. Для толщин 1,5—2 мм
сварка ведется левым, для больших толщин — правым способом.
Ядро пламени при сварке должно находиться на расстоянии 3—
4 мм от поверхности ванны. При сварке тонкого металла луч-
шие результаты дает левый, при сварке более толстого — пра-
вый способ сварки.
При соблюдении указанного технологического режима свар- .
ки предел прочности металла шва составляет 26—28 к,гс[мм2, а
угол загиба — не менее 90°.
Газовая сварка применяется также для сплавов никеля с
хромом, называемых нихромами. Эти сплавы отличаются высо-
кими механическими свойствами, высоким удельным электросо-
противлением, коррозийной стойкостью и жаропрочностью.
В состав нихрома, например, марки Х20Н80 (ГОСТ 5632—51)
входит 75—78% никеля, 20—28% хрома и железо. Температура
плавления сплава составляет 1400°, теплопроводность его во
много раз меньше, чем у меди. Основные трудности при сварке
нихрома связаны с образованием в процессе сварки тугоплавких
окислов хрома.
В качестве присадочного металла при сварке нихрома ис-
пользуют полосы или проволоку из сплава того же состава, что
и основной металл. Флюс должен иметь следующий состав: 40%
буры, б00/о борной кислоты и 10% хлористого натрия или фто-
ристого калия. Флюс применяют в виде пасты, для чего порошок
указанного состава разводится водой. Сварка ведется без пе-
рерыва и с максимальной скоростью. Мощность пламени выби-
рается по формуле
У= (50-5-70) S, (21)
где V — мощность .горелки в л/час ацетилена;
S— толщина металла в мм.
165
Пламя регулируется с небольшим избытком ацетилена-. Мно-
гослойная сварка не допускается, так как вызывает образование
трещин и понижает антикоррозийную стойкость сплава.
7. СВАРКА СВИНЦА
Свинец отличается большим удельным весом и высоко^ кор-
розийной стойкостью. Он применяется для изготовления кислото-
упорной аппаратуры, баков, труб и т. п.
Сварка свинца затруднена низкой температурой его плавле-
ния и легкостью образования тугоплавкой окиси свинца. Свинец
плавится при температуре 327,3°; его окись имеет температуру
плавления 888°.
Сварку свинца ведут водородно-кислородным, ацетилено-воз-
душным и ацетилено-кислородным пламенем. В качестве горю-
чих газов для сгорания в смеси с кислородом можно применять
пропан, городской газ и другие газы — заменители ацетилена.
Свинец сваривают как в нижнем, так и в вертикальном положе-
нии. Сварка производится прутками из свинца того же состава,
что и основной металл. Диаметр прутка должен составлять
2-н2,5 S (5 — толщина свариваемого металла в мм). Флюс при
сварке свинца обычно не применяют.
Мощность пламени определяется по формулам:
при сварке листов
Кя = (5 — 10)5, (22)
где Уац — мощность ацетилено-кислородного пламени, л/част,
S — толщина листа в мм;
при сварке труб
Уац = (15 — 20)5. (23)
При сварке свинца применяют соединения в стык и вна-
хлестку. )
Кромки перед сваркой должны быть хорошо очищены от окис-
лов, масла и т. п. Перед сваркой листы через каждые 200—
300 мм прихватываются. Техника сварки свинца отличается от
общепринятой для большинства металлов. Основное отличие за-
ключается в том, что сварка свинца ведется отдельными ма-
ленькими ванночками. Для этого вначале расплавляют кромки
небольшого участка основного металла до образования малень-
кой ванночки, в которую затем вводят отдельной каплей рас-
плавленный присадочный металл и тут же отводят пламя го-
релки от изделия, давая металлу шва затвердеть. Движение го-
релки должно быть только поступательным, с вертикальными
колебаниями. Поперечных колебаний горелкой допускать не сле-
дует во избежание возможных прожогов основного металла.
166
Когда металл первой ванночки затвердеет, пламя переносят
вперед примерно на х/г Длины застывшей ванны, расплавляют
металл шва и добавляют жидкий присадочный металл, затем
снова отводят пламя, давая возможность затвердеть металлу
шва.
Такими небольшими, перекрывающими друг друга, ванночка-
ми выполняется весь шов. Практика показала, что при сварке
непрерывным швом трудно избежать прожогов. При толщине ос-
новного металла 2 мм и более сварку следует вести в несколь-
ко проходов. Перед наложением последующих слоев металл не
зачищается. Первый слой обычно сваривают без присадочного
Рис. 54. Сварка вертикального шва
с крист а л лиз атор ам и:
1 — кристаллизатор, 2 — присадочный
пруток, 3 — горелка
Рис. 53. Движение
горелки и прутка
при сварке свинца
металла. Несколько проще осуществляется сварка соединений
внахлестку, однако она требует большого расхода металла. В
зависимости от толщины свариваемого металла величина на-
хлестки колеблется от 6 до 70 мм.
Сварка ведется также отдельными маленькими ванночками.
Характер движения пламени в этом случае показан на рис. 53.
Высота усиления шва составляет не более 5 мм. Нижний лист
расплавлять на всю толщину не следует.
Сварка свинца ведется левым способом. Пламя держат под
углом 45° к поверхности свариваемого металла. Ядро пламени не
должно касаться поверхности металла.
При вертикальной сварке применяют как стыковые, так и на-
хлесточные соединения. Большее распространение имеет сварка
в горизонтальном положении.
В заграничной практике при вертикальной сварке свинца
применяют простые приспособления — кристаллизаторы (рис. 54).
Их изготовляют из стали в виде полукольца длиной от 50 до
167
150 мм. По мере заполнения и остывания отдельных участков
шва кристаллизатор продвигается вверх по кромкам сваривае-
мого соединения.
8.
ГАЗОПРЕССОВАЯ СВАРКА
Газопрессовой сваркой называется процесс,
Общие сведения.
при котором стык свариваемых деталей нагревается газовой го-
релкой, а затем детали сжимаются с образованием сварного
соединения, без добавления какого-либо присадочного металла.
При этом часть металла свариваемых деталей выжимается из
стыка, образуя вокруг него грат.
Существуют два способа газопрессовой сварки: в пластиче-
ском состоянии и с оплавлением.
При сварке в п л а ст и ч е с к ом состоянии металл стыка
не доводится до расплавления, а лишь нагревается до размяг-
ченного, пластического состояния и затем сдавливается.'. При
этом, если кромки хорошо подогнаны и на них нет ока-
лины и других загрязнений, образуется прочное сварное сое-
динение.
Сжатие может производиться равномерно или ступенчато,
В зависимости от этого различают две разновидности сварки в
пластическом состоянии. При сварке с постоянным давлением
свариваемые детали закрепляются в приспособлении и к ним
прикладывается давление осадки постоянной величины (обычно
около 200—400 кгс/см2). Во время нагрева детали размягчают-
ся и под действием постоянной обжимающей силы происходит их
осадка с образованием грата. После образования сварного сое-
динения и достижения нужной величины осадки давление сни-
'мается и нагрев прекращается.
Во втором случае детали вначале сжимают малым давлением
(обычно около 60—80 кгс/см2) и производят нагрев до свароч-
ной температуры. При этой температуре включают давление
осадки и после получения нужной величины осадки процесс за-
канчивают. Метод ступенчатой осадки требует более сложного
оборудования, но зато при этом лучше формируется шов и сни-
жается величина грата.
При газопрессовой сварке с оплавлением металл в
стыке свариваемых деталей доводится до оплавления, а затем
снимается сжатие. При этом весь оплавленный металл выжи-
мается в грат, а сама сварка происходит в зоне, нагретой до
пластического состояния. Нагрев стыка до оплавления может,
производиться или с наружной стороны (в этом случае преду-
сматривается скос кромок для лучшего прогрева середины сты-
ка) или торцовым способом, с введением горелки в зазор между
торцами. В последнем случае прогрев получается более равно-
168
мерным по сечению деталей, однако за время выведения горелки
из зазора оплавленные торцы могут окислиться, а металл остыть.
Способ сварки с оплавлением требует большего расхода га-
зов, так как детали нагреваются до более высоких температур;
однако при этом способе не нужна такая тщательная подготовка
кромок, как при сварке в пластическом состоянии.
Газопрессовой сварке подвергаются в основном заготовки в
виде стержней круглого или какого-либо другого сечения (рель-
сы, балки, оси и т. п.) или трубы (водо-, газо- и нефтепроводы)
из углеродистых и легированных сталей. Сварка цветных метал-
лов этим методом затруднена ввиду их высокой теплопроводно-
сти, а также вследствие образующихся в этом случае окислов.
для раскисления которых необходимо применять флюсы. Исполь-
зование газообразных флюсов БМ-1 дает основу для создания
процессов газопрессовой сварки цветных сплавов. Однако в этом
случае требуются, повышенные давление и скорость осадки.
Оборудование для газопрессовой сварки. Газопрессовая свар-
ка производится на специальных станках, в конструкцию кото-
Таблица 27
Технические характеристики станков для газопрессовой сварки
Характеристика Тип станка
СГП-Зр СГП-7у МГПС-15/160-53 СГП-8у
Максимальное усилие 3000 17 000 . 15 000 18 000
осадки, кг Максимальное усилие 6000 40 000 42 000 50 000
зажатия, кг
Наибольшая величина 16 60 40 50
осадки, мм
Наибольшее поперечное 40 120 100 До 160
перемещение горелки, мм
Наибольший диаметр свариваемых изделий, мм: труб 50 Квадрат 30—160 Площадью поперечно- го сечения ДО
стержней Расстояние между за- 35 150 160X160 400 До 60 До 450 12 000 лт.и3 500
жимами, мм Способ осадки
Ручной Пневмати- Пневмати- Пневмати-
Способ зажатия ческий То же ческий То же ческий То же
Способ перемещения я Вручную Ручной Ручной
горелки Габариты, мм 800X400X или эле- ктродвига- телем 1630x1150Х и механи- ческий 2025Х975Х и механи- ческий 2560Х1650Х
Вес, кг Х650 219 Х1330 2200 Х1275 1380 Х1400 2800
169
рых Входят три главных узла: 1) узел крепления и центровки
свариваемых деталей; 2) горелка для нагрева с устройством для
ее крепления и перемещения; 3) устройство, обеспечивающее
осадку деталей (вручную или с помощью пневматической или
гидравлической системы). В табл. 27 приведены технические ха-
рактеристики некоторых станков для газопрессовой сварки.
Общий вид одного из станков для газопрессовой сварки при-
веден на рис. 55.
Рис. 55. Станок МГПС-16/160-53:
/ — станина, 2 — свариваемая трубка, 3 — зажимы, 4 — горелка, 5 — пневмо-
привод механизма осадки
Горелки, применяемые для газопрессовой сварки, изготовля-
ют многосопловыми, разъемными, состоящими из двух и более
частей. Форма горелки повторяет форму сечения свариваемых
деталей. На рис. 56 показаны горелки для сварки деталей раз-
личной конфигурации. <
Технология газопрессовой сварки. Подготовка основного ме-
талла зависит от метода сварки. При сварке в пластическом со-
стоянии торцы и кромки стыкуемых деталей должны быть тща-
тельно очищены от ржавчины, окалины, жира и т. п.
При сварке с оплавлением, особенно при торцевом нагреве,
зачистка и шлифование могут производиться менее тщательно,
а иногда и совсем не производятся, так как в этом случае все
170
5)
Рис. 56. Горелки для газошрессовой сварки:
а —горелка МГ-1200 для сварки круглых сечений, б — горелка МГ-Пр для
сварки больших прямоугольных сечений, в — горелка МГД для сварки
тавровых сечений
загрязнения вместе с оплавленным металлом будут выдавлены |
при сварке в грат. |
Для нагрева при газопрессовой сварке в основном исполь- ]
зуется ацетилено-кислородное пламя. Однако удовлетворитель- |
ные результаты могут быть получены и при работе на замените- 1
лях ацетилена, в частности пропано-бутано-кислородным пламе- |
нем *. Нагрев должен производиться слегка науглероживающим 1
пламенем. |
Величина удельной мощности пламени при с'варке стержней I
из углеродистых сталей составляет 1-г-2,5 л)час ацетилена на |
1 мм2 площади стыка, а при сварке труб — 1,8—г-2,2 л/час-мм2, I
Перед сваркой детали закрепляют в зажимах сварочного стан- 1
ка. Для надежности закрепления величина давления при зажи- I
ме деталей должна примерно вдвое превышать давление осад- I
ки. Величину осадки устанавливают заранее с помощью ограни- I
чителя. Для круглых стержней величина осадки а выбирается 1
из расчета a = 0,3rf (где d — диаметр стержня), а для труб 1
а= (1,0—г-1,3)S, (где S— толщина стенки трубы). Недостаточная |
осадка может привести к тому, что окислы не будут выдавлены 1
в грат и прочность соединения снизится. . I
Техника и режимы сварки зависят от применяемого метода. I
При сварке в пластическом состоянии детали вначале подвер- |
гают предварительному сжатию (при сварке со ступенчатым |
приложением давления осадки), а затем зажигают горелку и 1
начинают нагрев. Во время нагрева металл размягчается, под I
действием приложенного давления кромки начинают деформи- 1
роваться и зазор между деталями постепенно заполняется вы- I
давливаемым металлом. После того как зазор полностью за- 1
крылся, горелке придаются колебательные движения на длине |
10—20 мм в обе стороны от шва, со скоростью 1—2 колебаний 1
в секунду. |
Температура нагрева зависит от свариваемого материала. |
Так, при сварке малоуглеродистой стали температура нагрева |
составляет 1180—1260°. Следует иметь в виду, что чрезмерное I
повышение температуры при нагреве может привести к пережогу I
металла. Обычно наиболее благоприятную температуру сварщик 1
определяет на глаз (она соответствует цвету белого каления и I
началу появления «отпотевания» металла). По достижении этой |
температуры включают давление сжатия и детали сжимают до |
установленной величины осадки. Давление для сжатия выбира- 1
ют, исходя из площади стыка и удельного давления. При сварке |
малоуглеродистой с!али сплошных сечений удельное давление ]
равно 1,5—2,5 кгс/мм2, а для труб — 2,0—3,5 кгс]мм2. При свар- 1
ке труб из легированных сталей рекомендуется удельное давле- |
По данным ЦНИИ МПС.
172
ние 5—6 кгс/мм1 2, а для нержавеющей стали марки 1Х18Н9 —
10-4-12 кгс/мм2.
При сварке с оплавлением детали перед началом нагрева
сближают до соприкосновения. При нагреве стыка горелке при-
дают колебания в обе стороны от середины .стыка на расстояние,
равное диаметру свариваемого изделия, со скоростью: в начале
нагрева 20—25 колебаний, в конце нагрева 50—60 колебаний в
минуту. Когда стержни с поверхности нагреются до оранжево-
желтого цвета (1100—1200°), их раздвигают, вводят пламя в за-
зор и оплавляют торцы. Затем, не отводя горелки, производят
осадку деталей при удельном давлении сжатия 3—3,5 кгс/мм2.
В случае применения способа торцового нагрева детали от
начала и до конца нагрева держат разомкнутыми, а затем сдав-
ливают, удалив предварительно горелку.
После окончания осадки при всех способах нагрева шов ос-
тывает на воздухе. Для улучшения структуры металл стыка пос-
ле охлаждения подвергают проковке, а затем нормализации,
нагревая изделие той же горелкой до 850—900° и затем охлаж-
дая его на воздухе.
При соблюдении правильной технологии газопрессовой свар-
ки получаемые сварные соединения по прочности не уступают
основному металлу. Однако благодаря значительному перегреву
металла шва и околошовной зоны, а также наличию в шве окис-
лов сварные соединения обладают пониженной пластичностью.
Применение проковки и нормализации позволяет получить сое-
динения, пластичность которых составляет 80—100% от плас-
тичности основного металла.
Глава XIII
ГАЗОВАЯ НАПЛАВКА
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Наплавку применяют как при изготовлении новых изделий,
так и для восстановления изношенных деталей. Для наплавки
могут быть использованы электрические и газопламенные спо-
собы нагрева. При газовой наплавке в отличие от наплавки с
электронагревом легко регулировать степень нагрева основного
и присадочного металла в месте наплавки. Это позволяет избе-
жать слишком глубокого проплавления основного металла и пе-
ремешивания его с наплавленным. Смешивание основного и на-
плавленного металла при наплавке в отличие от сварки крайне
нежелательно, так как ухудшает свойства наплавленного слоя.
Кроме того, при газовой наплавке обеспечивается меньшее
173
окисление и испарение составных частей наплавляемого метал-
ла. В результате этого получается слой, близкий по составу к
наплавочному металлу и более плотный.
Газовая наплавка допускает получение слоя любой толщи-
ны, начиная от 0,5 мм и выше. Большая гибкость процесса поз-
воляет производить наплавку деталей любой конфигурации и в
труднодоступных местах.
Основным недостатком газовой наплавки является ее нЦзкая
производительность, а также увеличенная зона прогрева основ-
ного металла (в 10—20 раз больше, чем при наплавке электри-
ческой дугой). Поэтому газовая наплавка применяется главным
образом для деталей небольших размеров.
Наплавки
пастами
Наплавка триб
чатыми ма-
териалами
Наплавка
литыми
плитками
Наплавка Наплавка
стеллитов сормайтов
Газовая наплавка
ка
]ыми
шма
[Наплавка
черными
металлами
Наилами ле-
гированны*
сталей
Наплавка
чугунов
Наплавка
мевными
сплавами
Наплавка
бронз
•наплавка
латуней
Норушка-
наплавка
га^люсо-
наплавка.
Рис. 57. Классификация процессов газовой наплавки
Классификация процессов газовой наплавки по применяемым
материалам приводится на рис. 57.
Наплавка твердыми сплавами имеет наибольшее распростра-
нение и применяется для деталей, работающих в тяжелых усло-
виях на износ. Примером могут служить детали прокатных и
волочильных станов, землеройных машин, железнодорожные
крестовины, штампы и т. п. ’
Для наплавки поверхностей деталей, износ которых происхо-
дит в менее тяжелых условиях, применяются специальные стали ;
и чугуны.
Для создания уплотнительных поверхностей (люки в судо-;
строении, запорная арматура и т. д.) и поверхностей, работаю- ’
щих на трение скольжения (вкладыш подшипников, кольца ;
поршней и т. д.), используется наплавка сплавами меди — ла-
174 :
тунью и бронзой. Наплавка бронзы газовым пламенем приме-
няется редко, так как лучшие результаты в этом случае получа-
ются при использовании электронагрева.
Бурные темпы роста нашей промышленности требуют значи-
тельного увеличения объема наплавочных работ. Основным на-
правлением в развитии этого процесса является повышение его
производительности путем применения механизации и автома-
тизации.
2. НАПЛАВКА ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ И ЧЕРНЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Применяемые материалы. Наплавка твердыми сплавами про-
изводится на детали, изготовленные из различных марок сталей
и чугунов. Выбор металла для изготовления деталей зависит от
условий работы. Изготовление деталей из обычной стали с на-
плавкой рабочих поверхностей износостойкими сплавами, а так-
же восстановление наплавкой изношенных деталей позволяют
резко сократить расход специальных и более дорогих сортов
стали.
Наплавка на' углеродистые стали, содержащие до 0,6% уг-
лерода, а также на хромоникелевые и ванадиевые стали не пред-
ставляет значительных технологических трудностей. Несколько
затруднена наплавка низколегированных конструкционных ста-
лей ввиду их склонности к трещинообразованию. При наплавке
на высокоуглеродистые, марганцовистые, хромомолибденовые и
другие сорта сталей, а также на серый чугун необходимо приме-
нять предварительный подогрев деталей и медленное охлажде-
ние их после наплавки, так как в противном случае неизбежно
появление трещин. На другие сорта чугуна наплавка не произво-
дится.
Наплавочные материалы должны не только обеспечивать по-
лучение слоя с заданной твердостью и износоустойчивостью, но
и обладать определенными технологическими («наплавочными»)
свойствами. Под наплавочными свойствами понимают возмож-
ность получения ровного наплавленного слоя, без пузырей, тре-
щин, вздутий и пор.
Наплавочные материалы должны отвечать следующим основ-
ным требованиям:
1. Температура плавления наплавляемого материала должна
быть ниже температуры плавления основного металла, что обес-
печивает меньшее перемешивание их при наплавке.
2. Коэффициент теплового линейного расширения должен
быть близок к коэффициенту расширения основного металла, что
снижает опасность образования трещин.
3. Химический состав наплавляемого материала должен обес-
печивать прочную связь его с основным металлом.
175
Твердые сплавы могут применяться для наплавки в виде по-
рошков или паст (сталинит, вокар), литых прутков (стеллит,
сормайты) и трубчатых наплавочных материалов. Порошкооб-
разные и зернообразные смеси (или пасты) наплавляются в ос-
новном электронагревом. Наплавка их газовым пламенем за-
труднена ввиду вспучивания предварительно нанесенного, слоя
при последующем нагреве его пламенем горелки.
Составы стеллитов и стеллитоподобных сплавов (сормайтов)
приводятся в табл. 28. Они представляют собой твердый раствор
углерода и хрома в кобальте (стеллиты) или в никеле и железе
(сормайты). В состав твердого раствора входят также кремний,
марганец и вольфрам. Наряду с твердым раствором в сплаве
находятся карбиды хрома. Сормайты, не уступая стеллитам по
твердости, обладают большей хрупкостью, однако они значитель-
но дешевле.
Наплавка литыми сплавами обеспечивает получение плодно-
го слоя однородной твердости, способного работать как при ком-
натной. так и при повышенной температуре (например, штампы,
ножи для холодной и горячей резки металлов и т. п.).
Трубчатые наплавочные материалы применяются для созда-
ния поверхностей, работающих в условиях грубого механическо-
го износа (например, зубья экскаваторов, буровой инструмент).
Они изготовляются в виде железной или никелевой трубки, на-
полненной крупкой карбидов вольфрама или других тугоплав-
ких материалов. При наплавке расплавляется только внешняя
оболочка (трубка), а сама крупка, не расплавляясь полностью,
вваривается в общую массу наплавки. Стержни такого типа
под маркой ТЗ дают при наплавке слой, содержащий около 85%
карбидов вольфрама, остальное железо с твердостью около
85 HRC.
Наплавка деталей, работающих на износ при высоких тем-
пературах, к чистоте поверхности которых предъявляются осо-
бые требования (например, матрицы, пуансоны, клапаны двига-
телей внутреннего сгорания и т. п.), может производиться леги-
рованными сталями, например сталью ЗХ2В8 (ГОСТ 5950—51)
или Х9С2 (ГОСТ 5632—51).
Наряду с высоколегированными сплавами для повышения из-
носоустойчивости менее ответственных деталей (лемехи плугов,
зубья ковшей землечерпалок) можно применять наплавку белым
чугуном марки КУ (ГОСТ 4834—49), дающим твердость в на-
плавленном слое 4QHRC. При этом по сравнению со среднеуг-
леродистой сталью (типа Ст.40) износ уменьшается в три раза.
Использование в качестве наплавочного материала для этих
же изделий чугуна марки Х4 с 2% хрома (ТУ ВНИИАВТОГЕН)
позволяет получить твердость 46 HRC и еще более снизить износ.
Газовая наплавка твердых сплавов и черных металлов про
176
00 СМ то Ef С {СС дость, 46-48 42—43 49—54 40-45
S ч \о то Н Примеси До 1,5 ! До 1,5 До 1,5 । До 1,5
О 1,8—2,5 1,0—1,5 1 СО о со ci 1 1 1О ю
СЛ 11,0—2,0 2,5 2,8—4,2 1,5-2,2
ных сплавов о ©~ V о Ь-< До 2,0 , До 2,0 i Остальное »
ю о в< о с Ф <м % О. а» «=( о и '47-53 58—62
S ч ч н Q S о о 2 До 2,0 До 2,0 3,0—5,0 1,3-2,2
со © S ч Мп 1,0 1 ~ Ю О
Составы сте. и 27—33 . 28,0—32,0 I 25—31 ' 13—17,5
О 1 1
13- 4,0- 1 1
Наименование Стеллиты: В2К взк Стеллитоподобные 1 сплавы: сормайт № 1 . . сормайт № 2 . . .
изводится с применением флю-
сов. Флюсы в виде порошка на-
носятся вручную, обычными спо-
собами.
Состав и область применения
наиболее распространенных на-
плавочных флюсов приведены в
табл. 29.
Технология наплавки. Поверх-
ность основного металла должна
быть механически обработана
под наплавку. Наплавка на на-
клепанный слой, имеющий тре-
щины или волосовины, может в
дальнейшем привести к отслаи-
ванию наплавленного слоя или к
появлению трещин, поэтому пе-
ред наплавкой наклепанный слой
должен быть удален. Имеющиеся
на поверхности детали раковины,
выбоины и другие дефекты долж-
ны быть заварены и механически
обработаны. Закаленные’ детали
перед наплавкой подвергают от-
жигу для устранения внутренних
напряжений. При наличии за-
грязнений на поверхности под
наплавку они удаляются сталь-
ной щеткой, пескоструйной обра-
боткой или травлением в горячем
щелочном растворе.
Наплавку производят чаще
всего ацетилено-кислородным
пламенем. Наконечник горелки и
диаметр присадочного прутка вы-
бирают, исходя из габаритов
наплавляемой детали и площади
наплавки. Обычно применяют на-
конечники № 2, 3 и 4. Пламя по
составу устанавливается слегка
науглероживающим (до р = 0,96)
во избежание окисления элемен-
тов наплавляемого сплава.
Толщину наплавляемого слоя
выбирают исходя из формы дета-
ли, условий ее эксплуатации и
наплавочного материала: однако
177
12—956
05
О)
се
Ef
S
уийхен ЦГНГЭИЯОНХОбу i | | о 1 i 1 . lO
1 1 о 1 1
иэеэнгоэйя 1 1 СО 1
о
#и(1ген 1 1 1 1 1
иниэилэклх (М 1
о
В1Г0Э KBIT 1 1 1 1 1
-ЭИЯ91ГЛХХЯП'
1 1 1 1
СО о и ф m вхгоэ 1 1
со СО е? о — 1 00 1 1
Е 1 1 1 1
X о -в jd вкойбэф
S ЕС CU я 1 °°- 1 1
00 ные иивиЕиэоддэф
S £ оэ св •
со 1 00 1 1
ч <5 НВХИЮЙбэф 1 co
ев
S к •—! о 1 о
=5 iBum 1 1 1 1 см
СО гИ1чаояиавЕЦ CM
© 2 о 1
•& а 03 ев dowedw 1 ao ^r 1
— о ф
ВЮ1ГЭИЯ 1 1 1 оо
© и ввнбод о 1 ю со $
о о о о ф
ВВННЭ1Г со ф о ф
-BModn BdXg иэ см LQ
У
з 2 , 33 ® X g 5
) -Г CB о * £ z—' и
tn Д a u c s £ g £ я S >» W - См cx®S СЧ 3 2 X а S СМ £
к 4 Л—> я S Е- о к СО CQ й
I 5 ОО CQ см <м см О О sS й к л ® s Ч о То 03 S S сх о. ч ч © X (М а; 5 (М £
х о СП соХ X И З4 X ии о га РЗ
всегда следует стремиться к уменьшению толщины наплавляе-?
мого слоя. В случае наплавки твердых сплавов на сильно изно-
шенные детали последние должны быть наварены до перво-
начальных размеров металлом, по составу не отличающимся от
основного металла, и только после этого наплавляется слой
твердого сплава минимальной толщины.
Наплавку рекомендуется производить за один проход, так как
при многослойной наплавке снижается однородность наплавлен-
ного слоя.
При наплавке массивных деталей или деталей из сплавов,
склонных к образованию трещин, применяют предварительный,
а иногда и сопутствующий подогрев газовыми горелками или в
специальных горнах с древесным углем. Температуру нагрева
выбирают в пределах от 450 до 700°. Во избежание коробления
а а а а
Рис. 58. Схема да,плавки горкой Рис. 59. Схема ступенчатого пере-
мещения горелки при наплавке
наплавку ведут обратно-ступенчатым методом или горкой
(рис. 58). Бороться с короблением можно также путем прида-
ния детали перед наплавкой прогиба, обратного по направлению
тому, который получится в результате деформаций при наплав-
ке. Исправление покоробленной детали можно произвести пу-
тем наложения с обратной стороны сварочных валиков или швов,
в противоположном направлении.
В процессе наплавки мундштук горелки держат под углом
30—60° к наплавляемой плоскости. Ванна наплавляемого метал-
ла должна быть удалена от ацетиленистого пера на расстоянии
3—5 мм. Угол наклона прутка в среднем составляет 25°. Наплав-
ку можно производить как правым, так и левым методом.
Перемещать горелку можно различными способами, из ко-
торых наиболее целесообразным является ступенчатый (рис. 59).
Вначале нагревают маленький участок поверхности основного
металла до «отпотевания» (начало оплавления), затем в пламя
вводят конец прутка, предварительно окунув его во флюс, и рас-
плавляют пруток. После этого пламя отодвигают назад на не-
которое расстояние а — а (см. рис. 59), пока капля расплавлен-
ного сплава не растечется по наплавляемой поверхности. После
этого пламя снова переносят вперед и доводят до «отпотевания»
следующий небольшой участок, примыкающий к наплавленному.
Одновременно ведется подогрев конца прутка и образование но-
вой капли. Такой метод наплавки обеспечивает минимальное'
проплавление основного металла на глубину не более 0,3—0,5 мм.
12* 179-
178
После окончания наплавки деталь медленно охлаждают.
Для замедления процесса остывания можно применять покры-
тие детали песком или асбестом, а крупные детали охлаждать
вместе с печью или горном. Остывшую деталь подвергают рбра-
ботке до рабочих размеров. Сплавы, твердость которых может
быть снижена отжигом, сначала отжигают, после чего обраба-
тывают резцом. Затем производится закалка и отпуск на тре-
буемую твердость, а после этого окончательная доводка разме-
ров наплавки мокрым шлифованием. Остальные сплавы обраба-
тываются абразивом.
Автоматическая наплавка. В Советском Союзе и за рубежом
выполнен ряд работ по автоматизации процесса газовой наплавки
твердых сплавов. В качестве примера может служить - ста-
нок САН-1-56 конструкции ВНИИАВТОГЕН (рис. 60). Станок
предназначается для кольцевой наплавки твердых сплавов на
седла и тарелки клапанов двигателей.
При незначительных переделках станок может быть приспо-
соблен для наплавки и других деталей (втулок, осей, плоскостей
и др.).
Основными частями станка являются наплавочная головка 3,
тележка 2, направляющие рельсы 1, поворотный стол 10 с прис-
пособлением для крепления детали 9 и пульт управления.
Наплавочная головка оснащена двумя горелками 8, флюсопита-
телем 5 и наконечником 6, служащим для подачи присадочных
прутков и флюса в наплавочную ванну. Несущей частью голов-
ки является стойка 4 с подъемным винтовым механизмом, необ-
ходимым для установки головки при наплавке деталей различ-
ных размеров.
Для получения наплавки требуемой ширины горелки и при-
садочный пруток совершают колебательное движение со сдви-
гом по фазе на 180°. При помощи винтов рычажного механизма
величины колебаний горелок и прутков могут изменяться в пре-
делах от 1,5 до 12 мм и контролируются по специальной шкале.
Горелки устанавливают в рабочее положение при помощи суп-
портов.
Присадочные прутки поступают в наплавочную ванну под
действием собственного веса через направляющую трубку мунд-.
штука 7.
Подача порошкообразного флюса в наплавочную ванну про-:
изводится сжатым воздухом или азотом из флюсопитателя через;
латунные трубки наконечников, охлаждаемые проточной водой.:
Детали для наплавки устанавливают в приспособление по-|
воротного стола, где они приводятся во вращение электродвига-j
телем через редуктор. При наплавке деталей с коническими по-'1
верхностями ось вращения детали наклоняется самотормрзящей'
червячной парой на т] ебуемый угол (до 90°) к вертикали, с темя
чтобы вести наплавю в нижнем положении. 1
180 |
Рис. 60. Конструкция станка САН-11-66 для наплавки
Управление работой станка САН-1-56 производится с-пульта, ;
на котором размещены приборы, контролирующие подачу газов, ;
электрического тока и проточной воды, охлаждающей огневую :
систему станка.
Рис. 61. Образцы деталей, наплавленных на станке
САН-11-56:
а —клапаны, б — седла клапанов
Клапаны и седла клапанов двигателей, наплавленные стел-
литом показаны на рис. 61.
Техническая характеристика станка САН-1-56
Диаметр наплавляемых деталей, мм
Ширина наплавляемой канавки, мм
Толщина наплавляемого слоя, мм .
Диаметр присадочных прутков, мм
Скорость наплавки, мм/мин . . .
от 50 до 250
до 40
до 5
5-8
25-100
182
Расход, л]час:
ацетилена................................ 375—1800
кислорода . . . ..................... 375—1800
сжатого воздуха, азота или углекислого газа . 12—60
охлаждающей воды.....................1,5—5,0
Габаритные размеры станка (с поворотной тумбой
и пультом управления), мм:
длина.................................. 2650
ширина...................... 2600
высота ..................... ........ 1750
3. НАПЛАВКА ЛАТУНИ НА ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Общие сведения. Латунью наплавляются уплотняющие по-
верхности деталей, применяемых в судостроительной, автомо-
бильной, угледобывающей и других отраслях промышленности.
Например, латунные уплотнительные кольца в запорной ар-
матуре работают в условиях действия пресной воды и пара
при давлениях около 16 кгв/см2. Получение таких поверхностей
возможно путем наплавки латуни на черные металлы как газо-
пламенным, так и электронагревом.
Однако вследствие того, что уже при незначительном пере-
греве цинк из латуни легко испаряется, лучшее качество наплав-
ки обеспечивается при нагреве пламенем газовой горелки. Кро-
ме того, при электронаплавке, благодаря высоким температу-
рам нагрева основного металла, происходит значительное пере-
мешивание его с наплавленным металлом, что снижает качество
металла наплавки. При газовой наплавке это явление практиче-
ски отсутствует.
Развитие газофлюсового процесса на базе использования
газообразного флюса БМ-1 позволило разработать низкотемпе-
ратурный процесс наплавки латуни на черные металлы, обеспе-
чивающий получение высококачественного биметаллического
соединения.
Физические процессы, происходящие при наплавке латуни
на черные металлы, во многом аналогичны процессам при пай-
ке. Для образования прочной связи наплавленный металл надо
привести в тесный контакт с основным. В создании такого кон-
такта главную роль играет явление смачивания. При наплавке
латуни на сталь или чугун имеет место смачивание последних
жидким металлом наплавки и образование на границе сплав-
ления твердых растворов.
Смачивание основного металла жидким наплавленным ме-
таллом затрудняется наличием на поверхности основного метал-
ла неметаллических пленок (грязи, жира, окислов и т. д.).
Поэтому при наплавке латуни особое значение имеет тщательная
подготовка основного металла. Активную роль в обеспечении
смачивания при наплавке играют флюсы, которые раскисляют
183
поверхность основного и присадочного металла и защищают их
от окисления в процессе нагрева.
До определенной температуры смачивание протекает. тем
лучше, чем выше нагрев основного металла. При наплавкё на
недостаточно нагретый основной металл наплавляемый жидкий
металл собирается в виде капли. Аналогичная картина наблю-
дается и при сильном перегреве основного металла.
При газофлюсовой наплавке, благодаря высокой активности
флюса и непрерывности подачи его в процессе нагрева, смачи-
вание стали или чугуна латунью обеспечивается при сравнитель-
но низкой рабочей температуре основного металла 700—850®.,
Технологические приемы борьбы с газонасыщенностыо шва
и испарением цинка те же, что и при сварке.
Применяемые материалы. Наплавка латунью производится
на углеродистые и низколегиров'анные стали и серые чугуны.
При выборе наплавочного металла нужно учитывать следу-
ющие требования:
1) жидкий наплавочный металл должен хорошо смачивать
основной металл и растекаться по его поверхности, образуя
прочное соединение;
2) наплавочный металл должен спокойно плавиться с мини-
мальным испарением цинка, без разбрызгивания и давать плот-
ный наплавленный металл; '
3) шлаки, образующиеся при наплавке, должны легко всплы-
вать и легко удаляться после охлаждения.
Для наплавки на черные металлы могут применяться прак-
тически все марки латуни, содержащие не более 0,1% свинца.
Однако для наплавки слоя, непосредственно прилегающего к
черному металлу,, нельзя применять кремнистые латуни, обычно
употребляемые при сварке (ЛК.62-05, ЛК80-3 и т. п.), так Как
в этом случае на границе сплавления с черным металлом обра-
зуется хрупкая прослойка, резко снижающая прочность сцепле^
НИЯ.
Вместе с тем латуни, не содержащие кремния, так же как и
при сварке, обеспечивают плотный наплавленный металл и от-
сутствие испарения цинка только при использовании их с флю-
сом БМ-1.
Для наплавки с порошковыми флюсами могут быть успешно
применены специальные кремнистые латуни, легированные ни-
келем или содержащие менее 0,3% кремния. '
При наплавке латунью ЛК62-02 прочность сцепления с ос-
новным металлом будет увеличена за счет снижения содержа-
ния кремния.
Однако при этом несколько увеличивается угар цинка, оста-
ваясь все же в три раза меньшим, чем в случае наплавки про-
стыми латунями.
В высококремнистой латуни вредное действие кремния устра-
184
няется добавкой никеля. В этом случае обеспечивается полная
«бездымность» процесса и высокая прочность сцепления латуни
с черным металлом.
Наплавка латуни на черные металлы требует обязательного
применения флюса. Составы флюсов (см. табл. 18) и требова-
ния к ним Остаются те же, что и при сварке латуни.
Технология наплавки. Поверхность металла, подлежащая на-
плавке, должна быть механически обработана под знак V3.
Нельзя наплавлять латунь непосредственно на литейную или
прокатную корку, так как при этом окалина на поверхности
основного металла будет препятствовать смачиванию его жид-
кой латунью. Шлифовать детали перед наплавкой не рекомен-
дуется, так как слишком гладкая поверхность может ухудшить
сцепление наплавляемого металла с основным.
Различные дефекты поверхности, такие, как заусенцы, рако-
вины, чернота, трещины, местные ^неровности и т. п., должны
быть тщательно вырублены.
Наплавка может производиться как на ровную поверхность,
так и в канавку. При наплавке на ровную поверхность обеспе-
чивается более равномерный прогрев основного металла. В этом
случае для обеспечения требуемой ширины и направления на-
плавки на поверхность основного металла рекомендуется для
ориентировки сварщика наносить направляющие риски. При
наплавке в канавку последняя должна иметь закругленные углы
и кромки. Отношение ширины канавки к ее глубине должно
быть таким, чтобы обеспечивать свободный доступ горелки и
присадочного прутка, а также возможность достаточно равно-
мерного прогрева всей внутренней поверхности канавки.
Детали, загрязненные или покрытые ржавчиной после меха-
нической обработки, следует тщательно зачистить металличе-
ской щеткой или шлифовальной машинкой до металлического
блеска. Поверхность чугуна можно также пескоструить.
Присадочный металл для газофлюсовой наплавки с флюсом
БМ-1 должен иметь круглое сечение, так как этим обеспечи-
вается равномерное плавление его и наилучшие условия для
защиты от окисления при расплавлении.
При наплавке с порошковыми флюсами применение приса-
дочного металла углового сечения (прутков, «лапши» и др.)
хотя и допускается, но не рекомендуется.
Перед наплавкой поверхность присадочного металла должна
быть очищена от окислов, жира и грязи.
При установке состава пламени следует учитывать род
основного металла, а также метод наплавки. Возможность обра-
зования трещин в стали увеличивается при контакте с окисли-
тельным пламенем. Вместе с тем при наплавке с порошковыми
флюсами получение плотного металла, так же как и при сварке
латуни, требует наличия в пламени избытка кислорода.
185
При газофлюсовой иаплавке и наплавке кремнистыми ла-
тунями плотный, наплавленный металл получается при нор-
мальном характере пламени, что позволяет уменьшить опас-
ность появления трещин. •
Выбор мощности пламени для наплавки (номера наконечни-
ка горелки) и диаметра присадочного прутка производится в
зависимости от высоты наплавляемого слоя (табл. 30).
При наплавке изделий крупных габаритов или сложной кон-
фигурации их подвергают общему предварительному подогреву.
Предварительный подогрев может производиться любыми сред-
ствами до температуры не выше 500°.
Для защиты сварщика от теплового воздействия массивной
нагретой детали последнюю следует заключить в особое защит-
ное устройство.
Таблица 30
Режимы наплавки
Высота наплавляемого слоя, мм Диаметр присадочного прутка, мм № наконечника для наплавки
3-4 4-6 4
5-6 8-10 5
6—7 10—12 6
Иногда при наплавке на
массивные детали
для поддержания
нужной температуры поверхности основного металла в процессе
наплавки применяют сопутствующий подогрев второй горелкой.
Номер наконечника горелки для сопутствующего подогрева; вы-
бирается в зависимости от толщины и габаритов изделия; так,
например, при толщине стенки стальной детали более 20 мм и
весе детали более 70 кг рекомендуется применять наконечник
№ 5. При малых габаритах детали сопутствующий подогрев
обычно не применяется.
Техника проведения процесса наплавки зависит от вида флю-
са, применяемого при наплавке, и способа введения его в сва-
рочную ванну. Поэтому рассмотрим вначале приемы общие для
всех методов наплавки, а затем особенности каждого метода.
Наплавка производится левым способом, как непрерывным
валиком, так и отдельными участками, обратно-ступенчатым
швом. В последнем случае необходимо переплавлять предыду-
щий участок в месте их стыка на длину 15—20 мм.
Наплавка ведется в нижнем положении или при наклоне
наплавляемой поверхности под углом 8—15° к горизонту для
обеспечения большей высоты наплавляемого слоя.
При наплавке кольцевых швов изделие поворачивают в при-
186
способлении так, чтобы вести наплавку в нижнем положении
или под углом не более 40° к горизонту.
Нужные геометрические размеры наплавки определяют исхо-
дя из рабочих размеров наплавляемого изделия и допусков на
механическую обработку наплавки. Допуск на высо'гу наплавки
обычно составляет 1,5-нЗ мм, на ширину — 2н-5 мм на сторону.
Наплавка может быть как однослойной, так и многослойной.
При наложении каждого из последующих слоев следует преды-
дущий оплавлять на глубину примерно 30% его толщины. При
наплавке второго и последующих слоев кремнистой латунью
ЛК62-05, первый слой, не содержащий кремния, должен быть
оставлен не расплавленным на толщину не менее 2 мм, что не-
обходимо для обеспечения прочного сцепления наплавленного
металла с основным. ,
Наплавка бескремнистых латуней с порош-
ковым флюсом. Флюс вводится в наплавочную ванну вруч-
ную. Поверхность основного металла перед наплавкой обычно
нагревают пламенем горелки до температуры 900—950°, т. е. до
светло-красного цвета.
После нанесения флюса производится наплавка, причем пер-
вый слой латуни ложится полудой толщиной 0,3—0,5 мм. Для
нанесения слоя нужной высоты деталь подстуживают до темпе-
ратуры 750—800° (темный вишнево-красный цвет). Такой слой
накладывают, расплавляя присадочный пруток в пламени горел-
ки, которое при этом должно быть направлено под углом 45° к
поверхности основного металла и обеспечивать поддержание
нужной температуры последнего. Как и в случае сварки, при
наплавке не нужно касаться ядром присадочного прутка и сва-
рочной ванны во избежание их перегрева и появления пористо-
сти в наплавленном .металле.
Для некоторого уплотнения наплавленного металла после
окончания наплавки данного участка шва его проковывают в го-
рячем состоянии при температуре 750—800°.
При многослойной наплавке наложение каждого последую-
щего слоя производится только после проковки и зачистки от
шлака предыдущего слоя.
Техника наплавки на сталь и на чугун в основном одинако-
ва. Однако при нагреве чугуна до температуры 900—950° на его
поверхности происходит выгорание графита. Продукты сгорания
препятствуют процессу смачивания, поэтому обычно графит
сначала выжигают, для чего нагрев предварительно ведут окис-
лительным пламенем, затем поверхность перед наплавкой зачи-
щают металлической щеткой. Эти дополнительные операции
усложняют технологический процесс наплавки чугуна. Высокая
температура нагрева может привести к отбелу чугуна. Вследст-
вие указанных недостатков газовая наплавка на чугун с порош-
ковыми флюсами применяется крайне редко.
187
Рис. 62. Схема процесса газофлюоовой на-
плавки:
/ — основной металл (сталь или чугун), 2— по-
верхность основного металла, нагретая до 700°
и покрытая налетом флюса, 3 — присадочный
пруток, 4 — нормальное пламя, содержащее флюс
БМ-1, 5 — участок ванны, закрытый сплошной
пленкой шлаков, 6 — наплавленный металл, 7 —
ванна жидкой латуни, защищенная пламенем
Получение качественной наплавки с порошковым флюсом 1
весьма затруднительно и требует высокой квалификации свар- |
щика. На рабочей поверхности наплавки даже с применением 1
проковки не удается обеспечить полное отсутствие пор, раковин 1
и других дефектов. 1
Газофлюсовая наплавка. При газофлюсовой наплав- |
ке флюс БМ-1 вводится в пламя горелки автоматически,: с по- 1
мощью установки КГФ-1-56. Возможность равномерной и строго 1
дозированной подачи флюса существенно изменяет процесс на- |
плавки, который ведется по определенной схеме (рис. 62). I
По этой схеме вначале 1
пропревают поверхность 1
детали до температуры |
смачивания, которая при 1
работе с флюсом БМ-1 I
составляет примерно 700° I
(начало темно-красного 1
свечения). Подогревать |
до 500° (светло-серый |
цвет побежалости) можно 1
как пламенем, содержа- 1
щим флюс, так и без |
флюса; дальнейший на- I
грев и наплавка произво- 1
дятся только пламенем, ]
содержащим флюс БМ-1. 1
При наплавке первого I
слоя ось мундштука го- |
редки располагается- под ]
углом 30—60° к поверх- I
ности основного металла; |
при этом ядро пламени должно обеспечивать плавление приса- 1
дочного прутка, а факел пламени — защиту ванны расплавлен- 1
ной латуни от окисления, испарения цинка и газонасыщения. 1
Присадочный пруток держится погруженным в жидкую ванну. I
Внешними признаками нормального течения процесса наплавки 1
являются: I
1) наплавленный металл ложится собранным валиком, при- ]
чем сталь смачивается латунью за счет тепла самой ванны, I
т. е. латунь сама медленно продвигается вперед.; I
2) отсутствует выделение белого «дыма» (паров окиси I
цинка); |
3) ванна жидкой латуни спокойная, не «кипит»; I
4) участок ванны, не подвергающийся непосредственному 1
воздействию пламени, закрыт сплошной коричневой пленкой Я
шлаков; I
5) поверхность застывшего наплавленного металла гладкая,
188
покрытая сплошной коричневой пленкой шлаков; отсутствуют
участки блестящего, не закрытого шлаком металла;, нет пор и
поверхностных свищей.
Не рекомендуется повышать температуру поверхности в про-
цессе наплавки за счет увеличения угла наклона наплавляющей
горелки к основному металлу, так как это может привести к раз-
рушению пламенем пленки на ванне жидкой латуни.
Второй и последующие слои наплавляются по той же схеме,
однако угол между осью горелки и наплавляемой поверхностью
может быть увеличен. Перед наплавкой последующих слоев пре-
дыдущий слой не проковывают и не очищают от шлака.
Газофлюсовая наплавка может производиться как на сталь/
так и на чугун при соблюдении одной и той же технологии. По-
скольку процесс ведется при сравнительно низкой температуре,
на поверхности чугуна не происходит выгорания графита, поэто-
му не требуется выжигать его перед наплавкой. При средней
квалификации сварщика обеспечивается получение плотного на-
плавленного металла без проковки.
При наплавке латуни Л62 с флюсом БМ-1 на углеродистую
сталь прочность соединения на отрыв достигает 33 кгс/мм2, т. е.
равна прочности самой латуни на растяжение. Такое соединение
без отслаивания выдерживает угол загиба 180°. Прочность сое-
динения латунь Л62 — серый чугун на отрыв превышает проч-
ность самого чугуна.
Образцы при наплавке на сталь разрушаются по латуни, а
при наплавке на чугун — по чугуну.
Благодаря низкой температуре наплавки снижается опас-
ность трещинообразования в стали и устраняется отбел чугуна.
На рабочей поверхности наплавки обеспечивается полное отсут-
ствие дефектов (пор, инородных включений и т. д.).
Автоматическая наплавка латуни. Автоматизация процесса
наплавки латуни осуществляется на основе применения газооб-
разного флюса БМ-1. В частности, этот принцип использован в
станке УФН-1-60 конструкции ВНИИАВТОГЕН, предназначен-
ном для наплавки на плоские кольцевые поверхности (типа
уплотнительных колец арматуры). При незначительных кон-
структивных изменениях он может быть использован для наплав-
ки поверхностей иной конфигурации.
В станке автоматизированы все операции, кроме установки и
съема детали.
В станок включены три самостоятельных узла: агрегат подо-
грева, наплавочный агрегат и технологическая оснастка.
Агрегат подогрева (рис. 63) представляет собой кольцевую
многосопловую горелку с водяным охлаждением. Горелка с по-
мощью суппорта крепится на специальной колонне и служит для
предварительного подогрева дисков под наплавку.
Наплавочный агрегат (рис. 64) состоит из одного или не-
189
скольких наплавляющих узлов, крепящихся с помощью суппор-
та на колонне. В наплавляющем узле под общим кожухом за-
ключены наплавляющая горелка и горелка сопутствующего
Рис. 63. Агрегат подогрева:
1— колонна, 2 — винт продольного перемещения горелки, 5 —винт
вертикального перемещения горелки, 4 — винт поперечного перемеще-
ния горелки, 5 — кольцевая подогревающая горелка
подогрева. Наплавляющая горелка имеет кольцевой сетчатый
мундштук с соплами, расположенными под углом так, что пламя
образует замкнутый конус. Вершина этого конуса касается по-
верхности основного металла. В этой точке плавится присадоч-
ная проволока, подаваемая с заданной скоростью специальным
механизмом от бухты через центральное отверстие мундштука.
190
Рис. 64. Наплавочный агрегат:
/ — колонна, 2 — наплавляющий узел, 3 — винт продольного перемещения, 4 — винт
вертикального перемещения, 5 — винт поперечного перемещения, 6 — электродвига-
тель подающего механизма, 7 — бухта проволоки
Наплавляемый металл формируется в канавку, образуя ва-
лик с размерами, близкими к рабочим.
Флюс БМ-1 подается в пламя наплавляющей горелки и го-
релки сопутствующего подогрева.
Технологическая оснастка служит для крепления и переме-
щения изделий, подлежащих наплавке. Ее конструкция,, опреде-
ляется формой и размерами наплавляемых деталей.
Расходы газа устанавливаются на газовом пульте, управле-
Рис. 65. Шибер с латунным кольцом
плавленным на станке УФН-1-60
ние процессом произво-
дится от электрорелейно-
го командного аппарата.
Каждый наплавочный
узел обеспечивает ско-
рость наплавки около
5 м!час. При увеличении
количества наплавочных
узлов соответственно уве-.
личивается суммарная:
скорость наплавки.
Общий вид чугунного
шибера с наплавленным
латунным кольцом после
механической обработки
дан на рис. 65.
Глава XIV
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА СВАРЩИКА
И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ /
1. ОРГАНИЗАЦИЯ СВАРОЧНОГО ПОСТА
Схема оборудования сварочного поста зависит от состава'
горючей смеси и принципа работы аппаратуры.
При работе на инжекторной аппаратуре с ацетилено-кисло-,
родным пламенем .пост может быть оборудован по определен-
ным схемам (рис. 66). Работа на смесях газов — заменителей:
ацетилена с кислородом производится по схеме а или б. При:
использовании аппаратуры равного давления в сеть включается;
регулятор равного давления ДКР-1-56. При питании аппаратуры]
равного давления ацетиленом от баллона для понижения давле-j
ния ацетилена должны быть использованы редукторы повышен-
ной точности (например, редуктор-регулятор РРА-53 с умень-j
шенной жесткостью пружин).
Для понижения давления кислорода можно применять лю-]
192
бые кислородные редукторы обычной- точности (например,
РК-бЗ, РДС-50 и др.). При работе аппаратуры равного давле-
ния от заводских сетей или ацетиленовых генераторов среднего
и высокого давления перед регулятором ДКР-1-56 должны быть
Рис, 66. Оборудование сварочного поста:
схема а: /—кислородный баллон, 2 — кислородный редуктор,
3 — баллон с горючим газом, 4 — шланги, 5 — горелка; схема б:
1 — кислородный трубопровод, 2 — трубопровод горючего газа,
3 — водяной затвор, 4 — кислородный постовой вентиль, 5 —
кислородный редуктор, 6 — шланги, 7 — горелка; схема в: 1 —
кислородный баллон, 2 — кислородный редуктор, 3 •— ацетиле-
новый генератор, 4 — шланги, 5 — горелка
установлены точные регуляторы давления газов (например, от
ацетиленового генератора ГРК-10).
Работа на установке КГФ-1-56 для газофлюсовых процессов
при питании ацетиленом из баллона должна производиться по
13-956 , 193
схеме, приведенной на рис. 67, а при питании ацетиленом от
генератора или заводской сети — по схеме, приведенной на
рис. 68.
При использовании жидкого горючего — керосина сварочный
пост собирается по схеме, показанной на рис. 69.
Рис. 67. Схема поста для работы на установке К.ГФ-1-56 при питании
ацетиленом от баллона:
/— баллон с ацетиленом, 2 — флюсопитатель ФГФ-1-56, 3 — сварочная горелка,
4 — баллон с кислородом, 5 — ацетиленовый редуктор, 6 — кислородный редуктор
При работе на установке КПФ-1-55 в схеме поста должны
быть предусмотрены источники питания сжатым воздухом (для
флюсопитателя) и водой для охлаждения (рис. 70). Для умень-
Рис. 68. Схема поста для работы на установке КГФ-1-56 при питании аце-
тиленом от генератора:
/ — ацетиленовый генератор с водяным затвором, 2 — флюсопитатель ФГФ-1-5С, 3 —сва-
рочная горелка, 4 — баллон с кислородом, 5 — осушитель
194
шения расхода тазов в схему постов может быть включен эко-
номизатор.
Каждое рабочее место должно быть обеспечено, помимо
Рис. 69. Схема поста при работе на керосине:
/ — кислородный баллон, 2 — кислородный редуктор, 3 — бачок
для керосина, 4 — шланги, 5 — керосино-кислородная горелка
основного инструмента, также и вспомогательным оборудовани-
ем и ‘инструментом: молотком для проковки, плоскогубцами,
иглами для прочистки мундштуков и т. п.
Рис. 70. Схема поста при работе с установкой КПФ-1-55:
1 — установка КПФ-1-55, 2 — ацетиленовый редуктор, 5 — кислородный редуктор,
4 — тройник, 5 — блокировочный клапан, 6 — горелка ГАФ-1-55
На каждом посту должны быть установлены ящики для хра-
нения инструмента и сваренных деталей, ведро с водой для ох-
лаждения горелки.
13*
195
Сварка производится на рабочем столе, снабженном метал-
лической плитой или кирпичной кладкой.- При сварке и наплав-
ке крупногабаритных изделий удобно пользоваться манипулято-
Рис. 71. Универсальный сварочный манипулятор УСМ-500:
/ — манипулятор, 2 — свариваемое изделие
р^ми, например универсальным сварочным манипулятором
УСМ-500 (рис. 71).
В некоторых случаях, когда необходимо жесткое закрепле-
ние. 72. Экранирую-
щее устройство:
/ — ящик с теплоизоля-
цией, 2 — крышка, 3 —
подставка, 4 — сваривае-
мая деталь, 5 — отвер-
стие в крышке
196
ние изделия, а также установка точного за-
зора между кромками, сварку производят
в соответствующих приспособлениях.
Для перемещения крупногабаритных де-
талей на участке предусматриваются подъ-
емно-транспортные механизмы: тали, кра-
ны, тельферы.
При заварке брака литья, сварке и на-
плавке на изделия из сплавов, склонных к
трещинообразованию, на рабочем месте
сварщика или вблизи его должны быть пре-
дусмотрены нагревательные устройства
(печь, горн и т. п.), а также устройства для
медленного охлаждения изделий (ящик с
сухим песком, специальный колодец и т. п.).
Для защиты рабочего от воздействия
тепла нагретой детали (при работе с крупными нагретыми изде-
лиями) могут применяться специальные теплоизолирующие уст-
ройства (рис. 72). Последние служат также и для сохранения
тепла нагретой детали.
Сварочный пост, в зависимости от характера проводимых
работ, должен быть оборудован общим или местным вентиляци-
онным устройством.
2. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ГАЗОВОЙ СВАРКЕ И НАПЛАВКЕ
При газовой сварке и наплавке необходимо соблюдать Пра-
вила по технике безопасности и промышленной санитарии при
производстве ацетилена и кислорода и при газопламенной обра-
ботке металлов.
К обслуживанию сварочных установок, аппаратуры и к про-
изводству сварочных работ могут допускаться только рабочие,
прошедшие инструктаж и сдавшие экзамены по технике без-
опасности при производстве работ по сварке и резке.
Запрещается производить сварочные работы в непосредст-
венной близости от огнеопасных и легковоспламеняющихся ма-
териалов (бензин, керосин, пакля, стружки и пр.). При сварке
на открытом воздухе расстояние от места сварки до огнеопас-
ных материалов должно быть не менее 10 м.
Сварка внутри резервуаров и в тесных закрытых простран-
ствах должна вестись с систематическими перерывами.
В резервуар во 'время сварки следует подавать свежий воз-
дух с помощью вентилятора и производить отсос газов, выде-
ляющихся при сварке.
С горелкой необходимо обращаться осторожно: предохра-
нять ее от повреждений и загрязнения, следить за плотностью
всех соединений горелки, немедленно устраняя замеченные де-
фекты. Перед зажиганием горелки нужно предварительно про-
дувать ацетиленом шланг, соединяющий горелку с водяным за-
твором, для удаления остатков воздуха. В инжекторной горелке
при пуске кислородной струи через инжектор следует предва-
рительно проверить наличие достаточного разрежения в аце-
тиленовых каналах горелки. При тушении горелки, хлопке или
обратном ударе пламени необходимо быстро закрывать сначала
ацетиленовый, а затем кислородный краны.
Все газосварочные работы производятся в защитных очках
с синими или желто-зелеными стеклами. При работе пламенем,
содержащим флюс БМ-1, обязательно пользоваться только очка-
ми с желто-зелеными стеклами марок ГС от № 4 до № 7, пре-
дохраняющими от воздействия ультрафиолетовых лучей.
Так как в состав флюса БМ-1 входит метиловый спирт, то
работы по заполнению, опорожнению и промывке флюсопита-
• 197
теля, а также работы по переливанию флюсующей жидкости
нужно проводить под местной вытяжной вентиляцией, в рези-
новом фартуке и резиновых перчатках, которые после работы
следует тщательно промыть проточной водой. •
При попадании флюса БМ-1 на кожу, одежду, пол, стол и др.
в закрытом помещении следует смыть его десятикратным объ-
емом воды, помещение проветрить, а одежду снять.
ЛИТЕРАТУРА
Асиновская Г. А., Зеликовская И. М. Газовая сварка латуни и
наплавка ее на черные металлы. Машгиз, 1960.
Глизманенко Д. Л., Евсеев Г. Б. Газовая сварка и резка метал-
лов. Изд. 2. Машгиз, 1961.
Иванов Б. Г. Исправление дефектов чугунного литья. Машгиз, 1955.
Клячкин Я. Л. Сварка цветных металлов и сплавов. Машгиз, 1950.
Петров Г. Л. Сварка цветных металлов и их сплавов. Ленинградский
дом научно-технической пропаганды, 1954.
П е т р о в Г. Л., Б у р о в Н. Г. Оборудование и технология газовой свар-
ки и резки металлов. Машгиз, 1954.
Тархов Н. А. Наплавка твердых сплавов ручным способом. Профтех-
пз дат, 1959.
Шашков А. Н. Технология газовой сварки. Ч. II. Ленинградский поли-
технический институт, 1936.
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
Кислородной резкой называется процесс, применяемый для
изменения формы и размеров металлических деталей путем
сжигания металла в струе кислорода. Кислородная резка осно-
вана на способности большинства металлов воспламеняться в
струе кислорода при температуре, меньшей температуры плав-
ления данного металла ( — 1350°) и интенсивно сгорать с выде-
лением большого количества тепла (например, при сгорании
1000 см3 железа выделяется 12 500 ккал тепла).
Образующиеся при сгорании металла окислы в расплавлен-
ном состоянии увлекаются струей режущего кислорода и выду-
ваются ею из разреза.
Кроме струи режущего кислорода, для кислородной резки
необходимо подогревающее пламя, с помощью которого осуще-
•ставляется подогрев поверхности металла до температуры вос-
пламенения, подогрев металла впереди струи режущего кисло-
рода при установившемся процессе резки, нагревание и поддер-
жание определенной температуры по всей толщине металла в
местах разреза. Кроме перечисленных функций, подогревающее
пламя частично покрывает потери тепла, возникающие при сго-
рании металла в кислороде, а именно — потери от теплоотвода
в толщу изделия и потери от излучения. В качестве подогреваю-
щего пламени используются горючие смеси кислорода с ацети-
леном, метаном, техническим пропаном, коксовым газом и дру-
гими горючими.
При создании соответствующих условий (повышение степени
турбулентности струи режущего кислорода и наличие пленки рас-
каленных шлаков впереди струи режущего кислорода) количе-
ство тепла, выделяющегося при сгорании железа в кислороде,
оказывается достаточным для подогрева металла впереди струи
режущего кислорода до температуры воспламенения. В этом
•случае подогревающее пламя необходимо только для подогрева
места начала резки.
Кислородной резке поддаются не все металлы, а только те,
которые удовлетворяют следующим основным условиям:
1. Температура воспламенения металла должна быть ниже
температуры его плавления. Под температурой воспламенения
199
условно подразумевается такая температура нагрева, при кото- 1
рой металл начинает интенсивно окисляться в кислородной струе, 1
направленной на его поверхность. Температура воспламенения |
сильно зависит от чистоты кислорода и особенно от состояния 1
нагретой поверхности металла (чем больше площадь взаимодей- 1
ствия металла с кислородом, тем ниже будет температура его |
воспламенения). Для условий, при которых протекает процесс I
кислородной резки стали, наиболее достоверной является тем- I
пература воспламенения около 1350°. Малоуглеродистая сталь, I
имеющая температуру плавления около 1500°, удовлетворяет I
указанному выше условию и поэтому она хорошо поддается ки- |
слородной резке. С увеличением содержания углерода в железе |
температура его плавления уменьшается, а температура воспла- 1
менения в кислороде возрастает; для чугуна температура вое- |
пламенения выше температуры его плавления, что является I
одной из причин, затрудняющих резку чугуна обычным методом 1
без применения флюсов. |
2. Температура плавления окислов металла должна быть ни- |
же температуры плавления самого металла и ниже температу- 1
ры, которая возникает в разрезе в процессе резки. При отсут- 1
ствии этих условий окислы, образующиеся на поверхности на- !
греваемого металла при воздействии кислородной струи, будут 1
препятствовать дальнейшему окислению металла и удалению 1
расплавленных шлаков. Высокой температурой плавления окис- I
лов таких металлов, как алюминий, хром, медь, объясняются I
затруднения, возникающие при кислородной резке этих метал- 1
лов или их сплавов. 1
3. Количество тепла, выделяющегося при сгорании металла |
в кислородной струе, должно быть достаточно для поддержания |
непрерывного процесса резки. " |
4. Теплопроводность металла не должна быть слишком I
высокой, так как иначе тепло, выделяемое в процессе резки, |
будет отводиться настолько интенсивно, что процесс может пре- |
рваться. , I
5. Образующиеся окислы должны быть жидкотекучими, так 1
как тугоплавкие окислы, содержащиеся в шлаке, при резке бу- |
дут плохо выдуваться из места разреза и затруднять процесс |
резки. |
6. В металле, подвергаемом газовой резке, не должно быть 1
большого количества примесей, препятствующих процессу резки 1
(С, Сг, Si) или повышающих закаливаемость стали (Mo, W). 1
Всем перечисленным выше условиям наилучшим образом 1
удовлетворяет малоуглеродистая сталь. Обычному процессу ки- I
слородной резки не поддаются: чугун вследствие высокой темпе- 1
ратуры воспламенения в кислороде (выше температуры плав- I
ления) и образования в шлаках тугоплавкого окисла кремния I
(S1O2) с высокой температурой плавления; высокохромистые и |
200 |
хромоникелевые стали вследствие высокой температуры плавле-
ния и большой вязкости окислов хрома (СгЮз), образующихся
на передней кромке разреза и препятствующих окислению ни-
жележащих слоев металла.
Цветные металлы (медь, алюминий и >их сплавы) не под-
даются обычной кислородной резке не только из-за высокой
температуры плавления их окислов, но и вследствие значитель-
ной теплопроводности, препятствующей концентрации тепла в
зоне реакции при резке. Медь не режется кислородом без при-
менения флюсов, также вследствие низкого теплового эффекта
ее окисления.
Наибольшее распространение получила кислородная резка
сталей различных марок. Для правильной оценки свойств ста-
ли, ее поведения при резке и, следовательно, правильного выбо-
ра режимов резки и термообработки целесообразно разбить ста-
ли по группам их разрезаемости кислородом. Всего удобнее
оценивать сталь по ее склонности к образованию трещин в про-
цессе резки. Степень разрезаемости стали обусловливается ее
химическим составом. В табл. 31 показано влияние легирующих
элементов на разрезаемость стали.
Чтобы предупредить образование трещин при резке стали *с
содержанием углерода свыше 0,3%, рекомендуется применять
предварительный подогрев. Это уменьшает скорость охлаждения
металла в зоне термического влияния и приводит к получению*
незакаленных структур или замедляет превращение аустенита в
мартенсит при охлаждении. Кроме того, при предварительном
подогреве в связи с увеличением интенсивности окисления угле-
рода и других легирующих элементов в сжигаемых кислородом
слоях металла уменьшается передвижение этих элементов к по-
верхности резд.
При резке деталей больших толщин необходим равномерный
нагрев металла по всему сечению во избежание неодинакового*
окисления и ухудшения состояния поверхности. Предваритель-
ный (до резки) или осуществляемый в процессе резки подогрев
металла может быть как общим, так и местным. Это зависит
от размеров и формы деталей и типа имеющихся подогреваю-
щих устройств (термических печей, нагревательных колодцев,,
многопламенных горелок и т. п.). Обычно ограничиваются пред-
варительным нагревом разрезаемого материала до 300—450°,
так как при более высоких температурах подогрева процесс
резки усложняется и требуется охлаждение резака и частей
машины, близко расположенных к месту резки.
Как указано выше, разрезаемость стали в основном зависит
от ее химического состава. При этом преобладающее значение*
имеет содержание углерода, который называют тормозом рез-
ки. Влияние других элементов не одинаково; так, например, ни-
201
Таблица 31
Влияние легирующих элементов на разрезаемость стали
Леги ругохций элемент Допустимое содержание легирующих элементов в стали при резке без применения особых мер Примечание
Алюминий Обычные добавки, применяе- мые для успокоения стали, не влияют на разрезаемость. При большем содержании А1 разре- заемость ухудшается Алюминиевые стали (10— 15% А1) и чистый алюминий резке не поддаются
Хром До 1,5%, а при резке с подо- гревом и выше При 8% Сг и наличии Ni не разрезается; кромки резов твер- дые; возможно образование трещин
Углерод При содержании до 2% сталь поддается резке в холодном состоянии; при содержании от 2 до 2,5%—только с подогре- вом При содержании С более 0,3% кромки резов твердые и воз- можно образование трещин
Медь До 0,5% (обычное содержа- ние) Чистая медь не разрезается
Марганец До 13% Чистый Мп хорошо разре- зается; при содержании выше 18% Мп и 1,3% С сталь не под- дается кислородной резке
Молибден Улучшает разрезаемость Сталь с 8% W, 1,4% Сг, 1% С и 5,5% Мо не поддается резке, но без Мо она разрезается
Никель До 34%. При 0,5 С и выше рекомендуется подогрев Кромки резов твердые; по- верхности реза обогащаются никелем
Фосфор Не влияет на разрезаемость Исследовано до 2% содержа- ния фосфора
Кремний До 2,88% При 0,4% С* и до 4% Si сни- жает скорость резки
Сера При обычном содержании не влияет на разрезаемость —
Вольфрам До 10% при 5% Сг, 0,2% Ni и 0,8% С Чистый W разрезается очень медленно при высокой темпе- ратуре нагрева
кель меньше влияет на образование трещин при резке, чем хром j
или марганец. Для приближенной оценки разрезаемости кон- ]
струкционной стали каждый легирующий элемент оценивают с 1
точки зрения его влияния на твердость (закаливаемость) стали |
по сравнению с влиянием углерода и на основе химического |
анализа стали определяют эквивалент углерода Сэк по следую- 1
щей формуле: • |
Сзк = С + 0,4Сг+ 0,3 (Si +Мо) + 0,2 V+ 0,16Мп + 0,04 (Ni+Cu), I
в которую вместо символов подставляются весовые проценты )
202 • 1
элементов, входящих в состав стали. На основе этой формулы
все стали могут быть разделены на четыре группы:
I группа. Эквивалент углерода в стали меньше 0,6%. Для
сталей этой группы резка возможна без технологических огра-
ничений и без термической обработки до и после резки.
II группа. Эквивалент углерода в стали находится в пре-
делах 0,61—0,8%. Кислородная резка этих сталей допустима в
холодном состоянии в летнее время. В зимнее время при резке
больших сечений или вырезке деталей сложной формы необхо-
дим предварительный подогрев до 120°.
III группа. Эквивалент углерода в стали составляет от
0,81 до 1,1%. Во избежание образования на кромках реза зака-
лочных трещин стали этой группы можно резать только при
предварительном (до резки) или сопутствующем (во время рез-
ки) подогреве до 200—300°.
IV группа. Эквивалент углерода превышает 1,1%. К этой
группе относятся высокоуглеродистые, среднелегированные и
конструкционные стали, а также инструментальные стали и
сплавы. В этом случае резка возможна только при предвари-
тельном подогреве до 300—450° и последующем замедленном
охлаждении (в печи или в тепловой изоляции).
Являясь самым распространенным видом газопламенной об-
работки, кислородная резка находит широкое применение в ме-
таллургической и металлообрабатывающей промышленности, в
частности, в черной металлургии, судостроении, котло-вагоно-
локомотиво- и мостостроении, строительстве и т. д. Переход от
конструкций из литых и прокатных профилей к конструкции из
листового металла предъявляет новые, более высокие требова-
ния к кислородной резке. В большинстве случаев резка произ-
водится под сварку или в окончательный размер без последую-
щей механической обработки, при этом достигается высокая
точность вырезанных деталей. Так, в судостроении секции кораб-
ля длиной до 10 м свариваются без пригонки, т. е. зазоры меж-
ду секциями (точность резки) не превышают 1—2 мм.
Применение кислородной резки для обработки кромок под
сварку позволяет за один проход получать X, К, V-образную
разделку кромок листов. Специальные виды кислородной резки
высокохромистых и хромоникелевых сталей, чугуна и цветных
металлов нашли широкое применение в черной металлургии,
турбостроении и на заводах, производящих химическую аппа-
ратуру.
В настоящее время развитие кислородной резки происходит
по следующим основным направлениям:
1. Создание максимально механизированных и автоматизи-
рованных многорезаковых газорезательных машин и установок
для кислородной резки (машины с программным управлением,
использование фотоэлектрических устройств и т. д.).
203
2. Расширение технологических возможностей кислородной!
резки, выражающееся в использовании резки для обработки ме-|
таллов очень малой и очень большой толщины (минимальная!
толщина разрезаемой стали 1—2 мм, максимальная 1500 мм), а|
также в использовании кислородной струи для резки легких и|
цветных металлов, которые все более широко применяются в!
промышленности (например, титан). ' 1
3. Увеличение объема кислородной резки в металлургической|
промышленности (отрезка прибылей и литников стального литья, 1
резка при непрерывной разливке сталей, огневая зачистка ста-1
лей в потоке металлургического производства). 1
Глава XV I
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ ]
1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН |
В настоящее время установлены следующие типы стационар-1
ных и переносных машин для кислородной резки (ГОСТ!
5614—58):
МРЛ — машины резательные линейные для раскроя листов]
на полосы и вырезки преимущественно прямоугольных деталей.!
МРК— машины резательные прямоугольно-координатные]
для вырезки деталей и заготовок различных очертаний. 1
МРШ — машины резательные полярно-координатные (шар-!
нирные) для фигурной резки. z 1
МРП— машины резательные параллелограммные для одно-1
временной вырезки нескольких одинаковых деталей и заготовок!
различной конфигурации. |
МРТ — машины резательные — тележки, движущиеся по ли-1
сту или рельсовому пути, для вырезки прямоугольных, круговых |
и других криволинейных с большими радиусами кривизны дета-1
лей и заготовок. ]
Основные параметры, которым должны соответствовать вы-|
пускаемые машины, приведены в табл. 32. |
Машины типа МРЛ предназначены для прямолинейного рас-1
кроя листов на карты и полосы, а также подготовки кромок ли- s
стов под сварку. Основное преимущество линейных машин за-1
ключается в быстрой укладке листов без крепления. Кромки ли-
стов, обрезаемые одновременно с двух сторон при полной парал-
лельности каждой пары кромок, подготовляются для ручной, а
полуавтоматической или автоматической сварки. Машина типа 1
МРЛ (рис. 73, а) состоит из портала /, установленного на те- 1
лежках 2 и перемещающегося по прямолинейным направляю- |
204 1
щим. На поперечной балке 3 портала имеются направляющие,
по которым перемещаются каретки поперечного хода 4 с укре-
пленными на них резаками. Перемещение портала в продоль-
ном и кареток в попереч-
ном направлениях осу-
ществляется раздельно
от разных электродвига-
телей.
Ошибка копирования,
а следовательно и точ-
ность резки, зависит от
жесткости конструкции
машины, непрямолиней-
ности направляющих и
зазоров между направ-
ляющими и роликами.
Поэтому в портальных
машинах с целью повы-
шения точности резки де-
талей предусматривается
такая конструкция базы
и направляющих, которая
обеспечивает их жест-
кость, что соответственно
связано с увеличением
веса машины в целом.
На рис. 74 показан
общий вид машины пор-
тального типа ПР-3, 5М.
Машины типа МРК
являются наиболее уни-
версальными из всех ста-
ционарных машин для
кислородной резки. На
них можно производить:
разделительную резку
как прямолинейную, так
и фигурную, одним или
несколькими резаками;
вырезку одним или не-
сколькими резаками де-
талей различной формы
из листа металла; раз-
делку кромок под сварку
с односторонним или
двухсторонним скосом.
Габариты листов, об-
Рис. 73. Принципиальные схемы газореза-
тельных машин
205
Основные параметры машин для
Машины Типо- размеры Число реза- ков Наибольшие размеры обраба- тываемого листа, мм Предельные толщины, мм । Предельные скорости « i перемещения резака, мм}мин
Длина Ширина При полном числе резаков При одном , резаке
МРЛ-2 4-8 6 000 2000 5-25 До 300 50 -1500
МРЛ-3 6-12 12 000 3000 5—100 » 300 50—1500
МРК-1 1—2 3 000 1000 5—50 . 300 50—1500
МРК-2 1—4 6 000 2000 5-100 „ 300 50—1500
Стационарные МРК-3 1—6 9000 3000 5-100 . 300 50-1500
МРШ-0,5 1 500 500 — 5-50 200-600
1 750 375 —. 5-50 200-600
МРШ-1 1 1 000 1000 — 5-100 100—600
1 1 500 750 — 5—100 100-600
МРП-1 3—10 3 000 1000 5—50 — 200—600
Переносные МРТ-1 1 Не ограничи- — 5—50 200—600
вается
МРТ-2 1—2 То же 5-100 До 300 50—1500
МРТ-3 1—3 5-100 . 300 50-1500
Примечания. 1. Размеры, мм.
2. У машин типа МРШ в верхней строке указаны размеры
3. Знак 4- показывает наличие указанного эксплуатационного'
рабатываемых на машинах МРК, а также деталей, вырезаемых
из этих листов, могут колебаться в широких пределах и обычно
ограничивается только ширина обрабатываемого листа.
Основными элементами несущей части машины (рис. 73, б)
является тележка 1 продольного хода и тележка 2 поперечного
хода, несущие суппорты с резаками. В некоторых машинах те-
лежки поперечного хода заменяет подвижной хобот. Тележка 1
имеет перемещение в направлении продольной оси машины, а
тележка 2— перемещение в поперечном направлении. Характер-
ной особенностью данной схемы является свойство всех точек
тележки поперечного хода перемещаться по одинаковым траек-
ториям. что дает возможность осуществлять на этих машинах
многорезаковую резку по копирам и чертежам. Точность копи-
рования в этом случае зависит от прямолинейности продольных
и поперечных направляющих, а также от величины зазоров ме-
жду этими направляющими и роликами тележек продольного и
поперечного хода. Поэтому выверка направляющих на прямоли-
нейность и регулирование зазоров являются ответственными
206
Табл и ц а 32
квадратных заготовок, в нижней — прямоугольных,
свойства в машинах данного типа.
операциями сборки, изготовления и монтажа машин типа МРК-
Другой особенностью этих машин является возможность удли-
нения продольных направляющих, укрепленных на станине. По-
этому тележка продольного хода может иметь ход практически
любой требуемой длины для обработки стальных листов круп-
ных размеров.
Газорезательными машинами типа МРК производят вырезку
деталей больших габаритов. Свойство всех точек тележек попе-
речного хода (хобота) перемещаться по одинаковым траектори-
ям делает машины этого типа пригодными для многорезаковой
резки. Перемещение всех точек тележки поперечного хода (хо-
бота) по одинаковым траекториям и отсутствие вращательного
движения элементов кинематики несущих частей машины (если
не учитывать незначительных поворотов тележек продольного и
поперечного хода в направляющих за счет зазоров и непрямоли-
нейности направляющих, что является уже дефектом изготовле-
ния) дает возможность производить на машинах типа МРК пря-
молинейную резку с наклоном резака под углом к поверхности
207
обрабатываемого листа (для подготовки листов под сварку со
скосом одной или двух кромок и т. д.). к машинам этого типа
относятся газорезательные машины АСП-1М, СГУ-1 (рис. 75),
МДМ-2 (рис. 76) и «Одесса».
Машины типа МРШ предназначены главным образом для
вырезки используемых в машиностроении деталей из листов не-
большой и средней величины с повышенной точностью и высо-
кой чистотой поверхности реза. Машины этого типа работают
одним резаком, расположенным под прямым углом к поверхно-
сти обрабатываемого листа.
Рис. 74. Общий вид машины портального типа
Основными элементами конструкции машины (рис. 73, в) яв-
ляются внутренняя и внешняя рамы 1 и 2, шарнирно соединен-
ные между собой и шарнирно подвешенные к неподвижной опо-
ре 3.
При параллельности между собой осей I, II, III все располо-
женные на оси III точки при произвольном перемещении эле-
ментов описывают в параллельных плоскостях одинаковые тра-
ектории. При непараллельности осей неизбежны ошибки копи-
рования. Другим свойством данной кинематической схемы яв-
ляется вращательное движение шарнирных рам, следовательно,
и оси III, а так как оси резака и магнитного копировального
пальца должны совпадать с осью III, то машины типа МРШ
могут быть только однорезаковыми и производить резку лишь,
под прямым углом к поверхности обрабатываемого листа. Габа-;
208 ;
Рис. 75. Универсальная газорезательная машина СГУ-1:
/ — направляющие рельсы продольного хода, 2 —- копировальный стол, 3 — каретка,
4 — ведущий механизм, 5—магнитная копировальная головка, 6 — суппорты с реза-
ками, 7 — направляющая поперечного хода, 8— резак
Рис. 76. Масштабно-дистанционная газорезательная машина МДМ-2:
/ — исполнительное устройство, 2 — копировальное устройство
14—956
JfJ
риты деталей, обрабатываемых на машинах шарнирного типа,
зависят от размеров шарнирных рам, возможность увеличения!
которых ограничена; поэтому на них можно вырезать детали '
только небольшой и средней величины. Повышенная точность'
размеров получаемых деталей и высокая чистота поверхности (
реза объясняется специфическими особенностями кинематики;
несущей части машины МРШ. В этих машинах факторы, влия-!
ющие на точность и качество поверхности резов деталей, либо (
совсем могут быть устранены (зазоры в подвижных шарнирных \
звеньях), лйбо незначительны (перекос осей при правильной;
расточке гнезд под подшипники шарнирных осей). •
Контактные поверхности в шарнирных соединениях имеют ;
настолько малый износ, что их можно считать практически неиз- \
нашиваемыми; если износ все же произойдет, то он может быть '<
устранен сменой шарикоподшипников. Этими особенностями ки- !
нематики и объясняется повышенная точность размеров дета- !
лей, вырезанных на машинах типа МРШ. j
Машины типа МРП (параллелограммные) используются для !
многорезаковой резки одновременно нескольких одинаковых де- !
талей из листа или для вырезки в листе нескольких отверстий, j
Несущая часть машин этого типа (рис. 73, а) имеет две пары !
шарнирных рам, соединенных тягой 0 — 0 штангой 0" — 0", ко-
торые образуют как бы два шарнирных параллелограмма. Ос- s
новным свойством кинематики неоущей части машины МРП яв-!
ляется перемещение всех точек штанги 0"—0" по одинаковым j
траекториям, что позволяет использовать машины этого типа в;
качестве многорезаковых. ;
На этой машине обрабатываются листы средней и малой'.ве- j
личины, так как размеры обрабатываемых листов зависят or-j
величины шарнирных звеньев несущей части машины, значи- ’
тельное увеличение которых практически затруднительно. На;
размерную точность деталей, вырезаемых на машинах МРП, ;
влияют зазоры в шарнирных звеньях и возможная разность раз- (
меров параллельных элементов шарнирных параллелограммов j
(например, 0—0", 0—0 и 0"—0"). Поэтому при изготовлении и
эксплуатации таких машин необходимо следить за зазорами в ;
шарнирных звеньях и размерами элементов шарнирных парал-!
лелограммов. В СССР создана машина М-10, относящаяся к!
классу МРП. ;
Переносные машины-тележки типа МРТ предназначены в;
основном для выполнения следующих технологических опера- ;
ций:
а) разделительной прямолинейной резки одним-двумя реза- •
ками; )
б) обработки кромок листа под сварку (V или Х-образная’
разделка кромок); |
210 i
в) вырезки фланцев при оснащении машины циркульным ус-
тройством;
г) грубой фигурной резки с направлением корпуса машины
от руки, обычно по разметке на обрабатываемом листе.
Переносные машины типа МРТ представляют собой тележку
на трех или четырех опорных роликах, снабженную одним или
двумя ведущими роликами, которые приводятся во вращение
от электродвигателя, турбинного, пружинного или другого при-
вода. На тележке закреплен резак. Машины опираются колеса-
ми либо на разрезаемый лист, либо на специальные прямоли-
нейные направляющие. В связи с кинематическими особенностя-
ми машин-тележек (перемещение по листу или рельсу на листе,
малая опорная площадь, малый вес и относительная неравно-
мерность перемещения) точность линии реза и чистота его по-
верхности, получаемые на машинах типа МРТ ниже, чем на
стационарных машинах.
2. ПРИВОДЫ ГАЗОРЕЗАТЕЛЬНЫХ МАШИН
Все газорезательные машины имеют привод для перемеще-
ния резака вдоль линии реза. Перемещение относительно реза-
ка обрабатываемой детали или одновременное перемещение ре-
зака и детали применяются очень редко. Привод должен обес-
печивать: а) равномерное перемещение резака, укрепленного в
соответствующем устройстве и снабженного шлангами, подводя-
щими газы; б) беспрепятственное движение по криволинейным
траекториям и неправленым листам; в) скорость перемещения
резака, соответствующую толщине разрезаемого металла, и под-
держание этой скорости неизменной. Иначе говоря, мощность
привода должна быть достаточной для преодоления всех сопро-
тивлений ходовых частей механизма движения, шлангов и слу-
чайных местных препятствий.
В машинах для кислородной резки применяется несколько
систем приводов: электрический, механический (пружинный) и
пневматический (воздушный и кислородный).
Электрический привод наиболее распространен в
настоящее время. Этим приводом оснащено большинство машин
для кислородной резки. Электропривод удобен, универсален, до-
пускает широкое регулирование скорости и имеет большой диа-
пазон мощности. Регулирование скорости перемещения в маши-
нах с регулируемым электродвигателем осуществляется введе-
нием в обмотку возбуждения электродвигателя и в обмотку яко-
ря -соответствующих переменных сопротивлений, что изменяет
число оборотов якоря электродвигателя. В машинах с нерегули-
руемыми электродвигателями применяются специальные меха-
нические вариаторы скорости.
14* 211
На рис. 77 изображена электрическая схема машины-тележ
ки ПП-1, изменение скорости которой осуществляется регулиро
вочным реостатом (применены переменные сопротивления).
Реостат состоит из фарфоровых трубок, на которых намо
тана нихромовая проволока с эмалированным покрытием. Дв
катушки реостата Ri и Rz, последовательно соединенные друг
другом, включаются последовательно с обмоткой возбуждения
Последовательно с сопротивлениями Ri и Rz включается устано
полупеременное сопротивление 7?з, величина которог
вечное
Рис. 77. Электрическая схема машины-тележки ПП-1
устанавливается при отладке машины
и выбирается из
у слови
получения заданной минимальной скорости.
Поворотом движка реостата против (по) часовой стрелке
цепь возбуждения двигателя вводятся (выводятся) сопротивл^
ния Ri и R2. Крайнему положению движка реостата соответс
вует минимальное (максимальное) число оборотов двигателя,
следовательно минимальная (максимальная) скорость перем'
щения машины. В
интервале мёжду минимумом
макси
MyMOi
скорость перемещения плавно регулируется движком реостат;
Для изменения направления движения машины в схеме уст;
новлен переключатель 1. Включение и выключение цепи двигг
теля производится выключателем 2.
Аналогичные схемы регулирования числа оборотов электр(
двигателя применяются и на других машинах (АСП, АСШ, Щ
ПЭЛ и др.). |
и
212
Недостатком такой схемы 'регулирования является нагрев
обмотки реостата в процессе работы машины, вследствие выде-
ления джоулева тепла и нагрева машины отраженным теплом
подогревающего пламени резака, что ведет к самопроизвольно-
му изменению скорости перемещения машины.
В последнее время в стационарных машинах типа СГУ в це-
лях лучшего использования мощности электродвигателя в каче-
стве регулируемого привода используется бесступенчатый при-
вод с магнитным усилителем, имеющим жесткую характеристи-
ку. К достоинствам такого привода относится большой пусковой
момент, независимость мощности (силы тяги) от числа оборо-
тов электродвигателя. Это особенно важно при малых скоростях
(малых числах оборотов) электродвигателя.
В машинах с нерегулируемым электродвигателем типов УХТ,
АЛП регулирование скорости осуществляется с помошью меха-
нического вариатора скоростей системы Светозарова (рис. 78).
В этом вариаторе на валу электродвигателя 1 установлена ве-
дущая чашка 2 регулятора, имеющая криволинейный профиль.
Соосно с ведущей установлена ведомая чашка 3, имеющая точ-
но такой же профиль. Передача вращения от ведущей чашки к
ведомой осуществляется с помощью диска 4, изготовленного из
текстолита.
Изменение числа оборотов ведомой чашки производится по-
воротом диска на различные углы относительно оси чашек. При
этом диск, благодаря криволинейности профиля чашек, при лю-
бом положении находится в соприкосновении с ними. Измене-
ние числа оборотов ведомой чашки достигается за счет изме-
нения линейной скорости диска при переводе его с одного про-
филя ведущей чашки на другой и передачи этой скорости на
диаметр ведомой чашки, не равный диаметру ведущей. При пе-
редаче вращения с большого диаметра ведущей чашки на мень-
ший диаметр ведомой чашки число оборотов вала, выходящего
из вариатора, увеличивается; при передаче с меньшего диаметра
ведущей чашки на больший диаметр ведомой чашки число обо-
ротов вала уменьшается.
Достоинством способа регулирования скорости с помощью
такого вариатора является надежность работы и соблюдение по-
стоянства скоростей независимо от времени работы машины;
недостатком — относительная сложность изготовления и ремон-
та чашек и особенно — подбор марки текстолита, идущего на
изготовление диска.
Несмотря на очевидные преимущества электропривода, в ря-
де случаев его применение связано.с существенными затрудне-
ниями. Машина с электродвигателем может работать только
там, где есть электроэнергия. В условиях влаги и сырости, при
работе внутри металлических корпусов и емкостей, пользовать-
ся электроэнергией весьма опасно. В связи с колебаниями на-
213
Рис. 78. Машина-тележка УХТ-52 с механическим вариатором системы Светозарова для регулирования ско-
ростей перемещения тележки
Рис. 79. Машина-тележка ПВЛ с воздушным двигателем
пряжения в сети электропривод не обеспечивает стабильности
скорости перемещения машины. Электрооборудование ьГе долж-
но подвергаться действию атмосферных осадков и, следователь-
но, его нельзя использовать при работах на открытом воздухе.
Детали электрооборудования (тумблеры, реостаты, двигатель)
часто выходят из строя. Поэтому в ряде случаев (особенно на
строительных и монтажных площадках) целесообразно приме-
нять пружинный привод. Машины с пружинным приво-
дом не нуждаются в электроэнергии, безопасны и мало чувстви-
тельны к влаге.
Однако газорезательные машины с пружинным приводом не
нашли широкого распространения.
Значительно больший интерес для промышленности пред-
ставляет использование в газорезательных машинах воздуш-
ного привода — турбинки. Все многочисленные конст-
рукции приводов — турбинок по способу регулирования числа
оборотов можно подразделить на две группы. В первой группе
предусматривается регулирование числа оборотов двигателя по-
средством изменения параметров рабочего режима (например,
давления воздуха). Во второй группе для изменения скоростей
применяются специальные устройства для изменения числа обо-
ротов ротора вращающейся турбины. В первом случае двига-
тель должен работать с различными скоростями вращения, под-
держивая постоянство скорости машины лишь при заданном
режиме. Во втором случае наличие в кинематической схеме
устройств для изменения числа оборотов ротора турбины, на-
оборот, требует применения двигателя, вращающегося с устой-
чивой скоростью, не зависящей от внешних условий.
По первой группе работают переносные газорезательные ма-
шины типа ПВЛ, по второй схеме — машины типа ППВ.
Воздушный привод турбинного типа машины ПВЛ (рис. 79)
состоит из корпуса 1, в который вмонтирован ротор, имеющий
две крыльчатки 2, насаженные на вал шестерни 3. К корпусу
/ воздушного привода припаяны два штуцера, связанные с ро-
тором. Смотря по тому, через какой штуцер поступает воздух В:
ротор, последний вращается в ту или другую сторону. Исполь-
зованный воздух выходит в атмосферу через отверстия в кор-
пусе машины.
Изменение направления движения машины производится
специальным рычагом, находящимся на правой стороне корпуса
машины. Скорость передвижения регулируется диском 4, нахо-
дящимся на корпусе машины и насаженным на шпиндель дрос-
сельного вентиля 5.
Работа пневмопривода машины ППВ (рис. 80) осуществ-
ляется следующим образом. Сжатый воздух из сети подается к
штуцеру 1. Пуск турбинки производится поворотным крани-
ком 2. Устройство поворотного краника позволяет изменять на-
216
Из поворотного краника воздух
которых ударяет о лопатки рото-
вращаться.
правление движения машины,
попадает в дюзы 3, выходя из
ра турбинки 4 и заставляет ее
Для регулирования чис-
ла оборотов двигателя в
верхней части турбинки
встроен регулятор скорости
фрикционно- центробежного
типа. Этот регулятор являет-
ся весьма удобным устрой-
ством для регулирования
числа оборотов турбинки.
Практически, не поглощая
мощности при малых расхо-
дах газа, он способен при
малой скорости (при резке
стали большой толщины)
гасить избыток мощности.
Под действием центробеж-
ных сил, возникающих при
вращении турбинки, грузики
5 нажимают на подвижный
диск 6, который переме-
щаясь вниз, приходит в со-
прикосновение с неподвиж-
ным диском. Возврат -по-
движного диска в исходное
положение при снижении
числа оборотов осуществ-
ляется пружиной 7. Регули-
рование числа оборотов дви-
гателя производится враще-
нием подвижной гайки. Вал
гурбинки связан с редук-
тором соединительной муф-
той. Использованный воз-
дух выходит в атмосферу
через отверстия в крышке.
Принципиально пневмо-
двигатель, работающий по
второй схеме (ППВ), более Рис-
устойчив в работе, лучше
обеспечивает постоянство
80. Воздушный привод к машине-
тележке ППВ
скорости резки и в меньшей степени зависит от колебания дав-
ления воздуха в сети. Однако машины с таким пневмодвигате-
лем не получили широкого распространения из-за сложности
конструкции турбинки, трудности ее отладки и ремонта, а также
217
из-за сильного шума, производимого турбинкой во время работы I
вследствие большой скорости вращения ее ротора (до 15000 1
<об1мин). |
Пневмодвигатели, сконструированные по первой, схеме |
(ПВЛ), получили широкое распространение на заводах вслед- I
ствие простоты их конструкции и надежности в эксплуатации; I
шум, производимый турбинками такого типа во время работы, I
невелик, так как максимальная скорость вращения их ротора I
составляет 5000—6000 об!мин. |
Большой интерес представляет проблема использования для 1
привода газорезательных машин энергии струи режущего кисло- |
рода. Кислородный привод осуществлен в ряде загра- 1
яичных и отечественных (например, типа ППК) переносных 1
машинах. 1
Газорезательные тележки с кислородным приводом не полу- I
чили большого распространения вследствие их малой мощности, ]
трудностей отладки и ремонта, а также неравномерности хода. 1
3. ПЕРЕНОСНЫЕ ГАЗОРЕЗАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ-ТЕЛЕЖКИ |
Равномерная подача резака, необходимая для выполнения |
качественных резов, может производиться вручную лишь в очень |
редких случаях; обычно для этого используются переносные ма- |
шины, сочетающие достоинства ручных резаков, которые могут
быть подведены к изделию, с преимуществом стационарных га- J
зорежущих машин, способных обеспечить с помощью механизм- 1
рованного привода равномерное перемещение резака. При этом I
чистота поверхности разреза, получаемая при работе на пере- 1
«осных машинах, примерно одинакова с чистотой поверхности, |
выполненной на стационарных машинах. ।
Переносная машина представляет собой самоходную тележ- j
ку, снабженную приводом. Штанга с суппортом для закрепления 1
резака делает,ся обычно подвижной, что позволяет перемещать I
резак в поперечном направлении. Органы для регулирования |
состава смеси газов подогревающего пламени и режущего ки- 1
•слорода располагаются на резаке или на корпусе машины вне 1
зоны теплового воздействия подогревающего пламени. з
Все переносные газорезательные машины-тележки оснащены i
•съемным циркульным устройством, которое позволяет произво- I
дить резку по кругу. При вырезке окружностей малого диамет- 1
ра для придания тележке большей устойчивости к ней прикре- |
пляется съемный противовес. При резке по окружности с при- i
менением циркульного устройства тележки некоторых машин 1
<(ПЛ, ПП) опираются на три точки: ведущее колесо (вращение I
ведущему колесу передается от привода через редуктор), ножку 1
циркуля и опорный ролик, находящийся в днище тележки. Вы- I
218 1
соту ножки циркуля можно изменять с помощью имеющейся на
ней резьбы. При резке тележку устанавливают либо непосред-
ственно на поверхности разрезаемого металла, либо на специ-
альном направляющем рельсе. Форма и размеры направляю-
щих рельсов зависят от условий работы, ширины колеи тележ-
ки и конструкции опорных и направляющих роликов.
Переносными тележками нельзя производить полностью ме-
ханизированную резку по криволинейным контурам, так как не-
обходимо либо направление тележки от руки в течение всего
времени резки, либо непрерывное перемещение резака суппор-
том в направлении, перпендикулярном направлению резки. Сле-
дует отметить, что перемещение суппорта в этом направлении
обычно возможно на расстояние не более 200 мм. Направление
от руки наиболее просто и удобно осуществлять на малых (лег-
ких) тележках типа ПЛ-1, ПЭЛ (ПВЛ). Тяжелые (двухреза-
ковые) переносные газорезательные машины обычно исполь-
зуются для прямолинейной резки со скосом кромок одновремен-
но двумя резаками, вырезки фланцев за один проход, когда
одновременно вырезаются внутренний и наружный диаметры
фланцев, раскроя металла на полосы.
Машины-тележки тяжелого типа (ПЛ-2, ПП, ППВ) относи-
тельно малоподвижны, поэтому они обычно не пременяются для
резки по разметке с направлением машины от руки.
Наибольшее распространение в промышленности получили
тележки с электрическими и пневматическими двигателями, ти-
пов ПЛ-1, ПЛ-2, ПП-1, ПП-2 (ППВ), 2РА (2РА-М). Назначе-
ние машин, а также их основные технические данные приведены
в табл. 33.
Переносные газорезательные машины типа ПЛ в настоящее
время ‘промышленностью не выпускаются. На основании опыта
эксплуатации машин типа ПЛ разработан и внедрен в произ-
водство новый тип машин-тележек ПП с электрическим и пнев-
матическим (ППВ) приводами в однорезаковом (ПП-1, ППВ-1)
и двухрезаковом (ПП-2, ППВ-2) исполнении.
Машины типа ПП (рис. 81) имеют следующие преимущества
по сравнению с машинами типа ПЛ:
1) расширены технологические возможности машины за счет
увеличения пределов регулирования скорости и особенно верх-
него предела скорости. На этих машинах возможна «скорост-
ная» резка и резка тонкого металла кислородом повышенной
чистоты;
2) повышена устойчивость машины за счет увеличения ши-
рины колеи;
3) увеличена сила тяги при некотором увеличении и более
рациональном распределении веса машины;
4) обеспечена возможность резки искривленных листов за
счет увеличения высоты расположения дна корпуса машины
219
Таблица 33
Техническая характеристика некоторых переносных газорезательных машин
Тип машины Назначение машины Максимальная толщи- на разрезаемого ме- талла, мм Количество резаков Габариты (длина, ши- рина, высота), мм Вес, кг Скорость перемеще- ния резака, мм[мин Минимальный и мак- симальный диаметр вырезаемых окруж- ностей, мм Тип привода Род тока и напряже' ние, в Давление воздуха в турбинке, ати
2РА-М ПЛ-1 ПЛ-2 ПП-1 Резка по направляю- щим рельсам, по окруж- ности, разделка кромок под сварку с V-образным скосом Резка по направляю- щим рельсам, по окруж- ности, со скосом Резка по направляю- щим рельсам, по окруж- ности, разделка кромок под сварку с V-образным скосом Резка по направляю- щим рельсам, по окруж- ности, со скосом 100 100 100 100 2 1 2 1 390X225 (1200 со штангой) X 300 405x 500x500 405X 540X 500 435X 225X 298 22,4 16,5 24,0 21,0 130—700 130—700 130-1200 540—2700 540—2700 Более 540 Электриче- ский То же я я 100 110—127 110—127 110-127 —
й
Продолжение табл. 33
niuv ‘эянирйХх я вхЛгеоа аинэгавп" 4 3—4
9 ‘ЭИН -ажвбивн И ВЯО1 VOJ 04 7 III о
Тип привода , >S 1 »s о 3^3 S a S а s« я £ >s д о- s S. 2*s 5, M u < а о =t CO <L) n ч очо ct> co m и
ww ‘уэхэон -жХбяо xiwaeeadrig (Г1ЭИВИ1Г у1ЧНЧ1ГВИИЭ -яви и и1чнч!геииииэд ф ф D Ф ФО ФО О DO в? м* ч сч ч сч о LQ ою О’—' С”—1 LQ [£ LQ LO
wnwlww ‘вявеас! вин -amawedan qioodoag о о о о 8 S я ® 7 7 7 7 о ООО со со о о —< — СЧ 04
гн ‘зад о ООО 40 ю СО СО 04 04 '
ww ‘(вхоэгчя ‘вний -И1п ‘вниюг) HiHdBgBj 435x225x298 435x225x298
аояв£ас1_О81эаьигох СЧ 04
WW 'В1Г1ГВ1 -aw ojowaBsadeed вн -ИТП1ГО1 ввнч1гегсиэясэд 8 8 8 । •—< 1 •—'
Назначение машины Резка по направляю- щим рельсам, по окруж- ности, разделка кромок под сварку с V-ббразным скосом То же Резка по направляю- щим и разметке от руки, резка по окружности То же
Тип машины 2 А ® tn са е £ с с с
имечания. I. Длина и ширина разрезаемых- листов не ограничены.
[о направляющим рельсам возможна прямолинейная и криволинейная резка деталей с большим радиусом кривизны,
азделка кромок пдд сварку с V-образным скосом происходит двумя резаками одновременно.
аСа..
222
матичеоким двигателем. Новые машины по сравнению с маши-
нами типа ПП (ППВ) имеют следующие преимущества:
1) вес машин уменьшен до 13 кг (против 21), что повышает
их маневренность; однако сила тяги новых машин не уменьши-
лась вследствие лучшего распределения веса машины;
2) машина ПВЛ работает со значительно меньшим шумом;
3) мощность, потребляемая машиной ПЭЛ, почти в два раза
меньше (26 против 50 вт);
4) минимальный радиус вырезанных окружностей уменьшен
до 60 мм вместо 270 мм.
По сравнению с одной из лучших иностранных машин этого
класса типа «Кадет» фирмы Кьеллберг — Эберле (ФРГ) новые
машины, обладая примерно тем же весом, имеют более широ-
кие пределы регулирования скорости, большие тяговые усилия
и больший диапазон разрезаемых толщин.
4. СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ
Системы копирования. Основным узлом стационарных газо-
резательных машин, позволяющих автоматизировать процесс
резки, является механизм копирования, который позволяет вы-
резать однотипные детали по одному эталонному образцу — ко-
пиру. Применяются металлические копиры, бумажные или ме-
таллические копир-чертежи и т. л.
Различают три системы копирования: магнитное, механиче-
ское и фотоэлектрическое.
Исполнительным механизмом при магнитном копиро-
вании является копировальная магнитная головка (рис. 83),
имеющая стальной круглый сердечник 1 и намагничивающую
катушку 2. В нижний торец сердечника вставляется копироваль-
ный сменный палец 3, который закрепляется стопорным винтом.
Диаметр копировального пальца выбирается в зависимости от
характера выполняемых работ, но не менее 12 мм. Нормальная
головка комплектуется пальцем диаметром 12 мм.
Под действием магнитного поля, возникающего в катушке,
копировальный палец притягивается к кромке металлического
копира и, вращаясь, обкатывает его контур. Копировальный па-
лец может вращаться в обоих направлениях, что достигается
реверсированием вращения двигателя. Для свободного переме-
щения ходовой части машины копировальный палец может под-
ниматься и опускаться при помощи рукоятки или включением
или выключением напряжения намагничивающей катушки.
Рассматриваемая конструкция магнитной головки может
быть легко присоединена с помощью накидной гайки к ведуще-
му механизму машины, так как конец сердечника, противопо-
ложный копировальному пальцу, имеет шлицевой хвостовик 4
223
для соединения с редукторм ведущего механизма. .Магнитная
головка, жестко соединенная с редуктором ведущего механизм
ма, встречается только в машинах старых конструкций.
Одной из важных
величин,
определяющих работу
магнитно
головки, является сила
таллическому копиру,
притяжения магнитного пальца к ме-
которая зависит от следующих пара-;
метров.
а) формы перехода от сердечника к рабочей части магнит-
ного пальца; ;
Рис. 83. Магнитная копировальная головка к машине СГУ-1
б) диаметра рабочей части копировального пальца;
в) толщины копира;
г) числа ампер-витков намагничивающей катушки (тока на-
магничивания) .
Опыт эксплуатации газорезательных машин с магнитными
-головками позволил выработать следующие рекомендации по
получению оптимальный величины силы притяжения магнитно-
го пальца:
1. Копировальный палец следует изготовлять из малоуглеро-
дистой стали, снабжая его коническим переходом к рабочей ча-
сти. На поверхности рабочей части необходимо делать насечку
с большим числом зубцов, причем лучшие результаты получают-
ся не при накатке, а при нарезании каждого зубца в отдель-
224
пости профилированным абразивным диском на шлифовальном
станке. Поверхность пальца предварительно цементируется и
подвергается термообработке.
2. Копиры для магнитного копирования следует изготовлять
из малоуглеродистой стали толщиной €—8 мм. Дальнейшее уве-
личение толщины копира утяжеляет его и ведет к нерациональ-
ному использованию металла для его изготовления. При кон-
струировании копиров должна учитываться необходимость ко-
пирования контура детали по внешним, а отверстий в деталях —
по внутренним кромкам копира.
Необходимые указания по конструированию копиров с внут-
ренними или внешними контурами даны на рис. 84.
Во избежание проскальзывания магнитного пальца при внеш-
нем копировании острые углы на изделии закругляются по ра-
диусу 2-г-З мм; при внутреннем копировании и диаметре рабо-
чей части ролика 6 мм радиус закругления должен быть не ме-
нее 10 мм.
По способу изготовления копиры делятся на стальные — ли-
стовые и ленточные (выполненные из стальной ленты шириной
до 10 мм) —и жело'бковые (копировальный палец перемещает-
ся внутри желоба). Копир крепится на столе винтами, электро-
магнитами или постоянными магнитами. Рабочая плоскость ко-
пира должна быть строго перпендикулярна поверхности стола, а
рабочая поверхность копировального пальца должна соприка-
саться с рабочей поверхностью кромки копира по всей ее плос-
кости.
При резке по чертежу или разметке применяется механи-
ческий метод копирования. Для этого магнитная го-
ловка заменяется механической (рис. 85), которая имеет веду-
щий ролик 1, снабженный рифленым ободом; получая вращение
от электродвигателя, ролик катится по столу и перемещает ра-
бочую головку в направлении, совпадающем с плоскостью вра-
щения ролика. Для удобства направления по чертежу или
разметке механическая головка имеет указательную иглу 2.
При резке по чертежу управление механической головкой осу-
ществляется специальным маховичком 3. Механическая и маг-
нитная головки взаимозаменяемы, так что ролик и копироваль-
ный палец поднимаются и опускаются одной рукояткой. Для
резки под заданным углом ведущий ролик устанавливается под
соответствующим углом по лимбу. Выбранное направление дви-
жения фиксируется кнопкой 4. Головка допускает установку
направления резки под любым углом, кратным 3°.
Механическую головку для резки по разметке применяют в
редких случаях. Обычно эта головка оснащается специальным
циркульным устройством и используется для вырезки .дисков и
фланцев. Циркульное устройство имеет специальные упоры, по-
зволяющие быстро перестанавливать резак с одного заданного
5—956 225
вырезка внешнего контура детали
а) по внешнему контуру копира
магнитный
' палеи
копир
Контур
детали
Контур
копира
Мундштук
d^A-[d-6} (V
А-размер детали
а-размер копира,
соответствующий
размеру ..А" встали
в- шиоина разреза
Минимальный
закругления, который
возможно получить у
детали g
Контур R®fin 2 Konmi
в) w внутреннему контуру
R г копира
°' ^Магнит-
[ \ ~—у-''ный палеи
Мундштук
вырезаемая
я деталь
а-.А+Ы^ Ю
А - размер детали
а-размер копира.
соответствующий
размеру.. Аоетали
S- ширина разреза
Минимальный радиус
закругления; который
возможно получить у
детали
Яшигй
а)
вырезка Внутреннего контура детали
B~6*{d-b] (з\
5- размер детали.
S- размер копира
соответствующий
размеру. Б 'детали
в - ширина разреза
Минимальный радиус
закругления, который
возможно получить у
детали '
Гmtn
б-б'[д^6} (Ц
В-размер детали
б-размер копира,
соответствующий
размеру „ влетали
в- ширина разреза
6)
Минимальный размер
закругления. который (
возможно получить ш
детали
Г а<в
•min ‘
Рис. 84. Указание по
проектированию копиров
V 6J
Рис. 86. Расположение светового пятна на
чертеже
диаметра на другой, что особенно важно при вырезке большого |
числа фланцев одного размера. I
'.'.Фотоэлектронное копирование, получающее в по-|
следнее время все большее распространение, позволяет с боль- |
шой точностью вырезать детали по копир-чертежу, не применяя I
металлических копиров. При этом отпадает необходимость не I
трлько в изготовлении и хранении металлических копиров, но I
и уменьшается деформация деталей, так как чертеж можно вы- 1
полнить сразу для вырезки последовательно нескольких деталей 1
в виде непрерывного контура резки. I
Все многочисленные фотокопировальные устройства основы- 1
ваются в основном на ис-1
пользовании светового j
«ощупывания» линии ко- |
пир-чертежа и могут быть I
сведены к двум системам: 1
а) система, управле- |
ние которой основано на I
изменении количества I
света, отражаемого на 1
фотоэлемент световым |
пятном, падающим на |
чертеж (амплитудные системы). Такая система положена в осно- 1
ву фотокопировальных устройств для машин типа МДМ, СГУ; 1
б) система, основанная на управлении приводным механиз- |
мом установки с помощью импульсов тока в цепи фотоэлемен- я
та, соответствующих моментам пересечения или касания линии |
копир-чертежа вращающимся световым пятном. По такощ так I
называемой, импульсной системе сконструированы фотокопиро- I
вальные устройства газорезательных машин МДФКС, МГФКД. I
Принципиальной основой каждой системы является комплекс I
копирования, поскольку характер копировального контура и све- I
тового пятна влияют на точность копирования. Для амплитуд- I
ной системы характерно невращающееся световое пятно, для I
импульсной — пятно, вращающееся по некоторой кольцевой ор- |
бите. I
Нулевое положение, при котором якорь серводвигателя на- I
ходится в покое, соответствует такому взаимному расположе- I
нию копирного контура и луча, когда в амплитудном устрой- I
стве одна половина площади пятна размещена на темном, а I
другая — на светлом фоне (рис. 86, о), а в импульсной — когда I
точки пересечения копирной линии с орбитой вращающегося I
пятна размещены на его диаметре (рис. 86, б). При смещении !
с нулевого положения неподвижного пятна изменяется величи- I
на отраженного светового потока, пропорциональная величине I
той части площади светового потока, которая располагается на Я
светлом фоне чертежа. Смещение орбиты в импульсной системе.Я
228 ' I
вызывает изменение частоты чередования импульсов, соответ-
ствующих моментам пересечения копирной линии вращающимся
пятном.
Системы «плавания» в стационарных машинах. Резы высо-
кого качества и устойчивость режима работы, особенно при
мноторезаковой резке, невозможно получить, если не поддержи-
вать постоянным расстояние от торца мундштука до поверхности
разрезаемого металла. В разных конструкциях газорезательных
Рис. 87. Принципиальная электрическая схема пла-
вающего устройства контактного типа для машины
СГУ-1
машин в зависимости от условий работы и типа машины этот
вопрос решается по-разному.
Наибольшее распространение получили плавающие суппор-
ты, снабженные постоянно опирающимися о.поверхность метал-
ла роликами или скользящими штифтами. Недостатком опорно-
го ролика является то, что при изменении направления реза он
продолжает двигаться по прежнему направлению; скользящие
же штифты „создают большое сопротивление и не могут быть
использованы для машин, обладающих небольшими тяговыми
усилиями. Наиболее надежной и простой системой плавания яв-
ляется использование плавающих суппортов или резаков, опи-
рающихся на поверхность металла роликом кроватного типа.
229
• Более совершенной является система плавания, применяемая I
на заводе «Компрессор» для машины СГУ-1 (рис. 87), имеющей ']
моторный привод подъема суппортов. На каждом резаке этого 1
устройства с помощью хомута закрепляется стандартный' конец- 1
ный выключатель, контакт К которого соединен с опорным шты- I
рем или роликом, постоянно опирающимся о поверхность 1
разрезаемого листа. При заданном расстоянии мундштука от I
металла контакт К занимает нейтральное положение и двига- I
тель не вращается. При изменении этого расстояния контакт I
замыкает либо цепь подъема, либо цепь спускания резака и 1
двигатель начинает вращаться, поднимая (или опуская) суппорт I
до тех пор, пока контакт не займет своего нейтрального положе- I
ния. Недостатком этой схемы является быстрый износ опорного s
щтыря и возможность заклинивания штыря или ролика при по- 1
падании под него брызг расплавленного металла и шлака. Эта I
опасность уменьшается, если использовать вышеописанный I
принцип, применив плавающее устройство с выдвигающимся |
щупом, который периодически кратковременно касается поверх- I
ности листа. ’ 1
С появлением автоматических установок для резки возник I
вопрос о создании полностью автоматической системы бескон- 1
тактного плавания, в которой отсутствуют элементы, соприка- 1
сающиеся с поверхностью разрезаемого металла. Фирмой |
Кьеллберг-Эберле предложено бесконтактное автоматическое 1
устройство «Новотаст», работающее по принципу изменения ма- I
гнитного силового поля. Ленинградским электротехническим -ин- I
статутом для создаваемой в настоящее время машины с про- 1
граммным управлением «Алмаз» сконструирована и проверена 1
на макете система плавания, работающая по принципу измене- 1
ния емкости воздушного слоя между поверхностью разрезаемо- 1
го листа и специальной пластинкой, закрепленной на суппорте. Л
Емкостная система плавания может быть использована и при 1
резке немагнитных материалов (например, алюминия). 1
Системы зажигания. Вопрос об автоматическом зажигании 1
резаков тесно связан с вопросом о дистанционном управлении 1
всем процессом резки, поскольку для этого необходимо созДа- |
ние надежной системы дистанционного зажигания. Основные 1
требования к устройствам автоматического зажигания следую- |
щие: I
' а) возможность дистанционного управления зажиганием; |
б) компактность устройства, исключающая необходимость |
применения сложных механических устройств и конструкций; |
в) безопасность для обслуживающего персонала. |
Наиболее просты по конструкции газовые зажигалки (фев- |
ки), в которых происходит непрерывное горение смеси воздуха 1
и горючего газа. Зажигание горючей смеси от февки производят 1
один (>аз перед началом работы. Зажигание резака происходит 1
2.30 1
от факела пламени, образуемого февкой. Недостатками схемы
являются непроизводительный расход газов, невозможность пол-
ной автоматизации процесса зажигания (зажигание февки про-
изводится от спички), а также ненадежность работы вследствие
частого засорения февки, приводящего к гашению ее пламени.
Эти недостатки частично устраняются при использовании
схемы газоэлектрического зажигания, когда смесь горючего га-
за с воздухом или лучше с кислородом подается лишь в момент
зажигания, а зажигание смеси происходит от раскаленной эле-
ктрической спирали. В качестве материала спирали (петли)
применяется нихром. Недостатками газоэлектрического зажига-
ния являются довольно продолжительное время накала спирали
или петли (2—3 сек) до момента воспламенения горючей смеси,
а также недолговечность нихромовой спирали.
На основании многочисленных исследований установлено,
что самой простой и надежной схемой автоматического зажига-
ния является электрическое зажигание искровым разрядом.
Наиболее рациональна схема автоматического зажигания с
помощью искрового разряда между электродом и мундштуком,
заключающаяся в следующем: непосредственно вблизи от кон-
ца мундштука (на расстоянии 7—10 мм) располагается метал-
лический (стальной или вольфрамовый) электрод, изолированный
от резака. При подаче на корпус резака и на электрод высокого
напряжения между ними проскакивает искра, воспламеняющая
газовую смесь. Для преобразования низкого напряжения
в высокое используется индукционная катушка, применяемая
в двигателях автомобиля. Для получения напряжения высокой
частоты необходим специальный прерыватель. При применении
стандартного течеискателя типа ИО 60.010 или индукционной
катушки двигателя автомобиля ЯАЗ типа Б-17 специального
прерывателя не требуется, так как он входит как составная
часть в устройство этих приборов.
5. ОРГАНИЗАЦИЯ УЧАСТКА ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ
Выбор необходимого газорезательного обо-
рудования следует производить исходя из размеров деталей,
их формы, требуемой степени точности, чистоты обработки по-
верхности реза и технологических возможностей газорезатель-
ной машины. Детали небольших размеров можно вырезать с
большой точностью, используя машины АСШ-2 и СГВ-1; рас-
крой листов на полосы и обработку кромок листов под сварку
целесообразно вести на портальных машинах, например, типа
ПР, а для вырезки различных деталей в мелкосерийном и ин-
дивидуальном производстве лучше использовать машины с фо-
тоэлектронным приводом.
231
Одной из важнейших характеристик процесса резки являет^
ся точность вырезанных деталей, которая при механизирован’
ной кислородной резке зависит от погрешности, допущенной при
изготовлении копирных щитов или при разметке контура реза
на обрабатываемом листе металла; погрешности, заложенной в
принципиальной схеме конструкции машины, качестве ее изго-
товления, а также точности настройки; отклонений, которые яв-
ляются результатом деформаций вследствие термического воз-
действия тепла, выделяемого в процессе резки, на обрабаты-
ваемый лист, предшествовавшей и последующей (до и после
резки) правки.
Как показал опыт эксплуатации газорезательных машин,
наибольшее влияние на точность вырезки оказывают качество
изготовления, монтаж и настройка машины, а также деформа-
ции, получаемые во время резки. Погрешности, возникающие в
результате воздействия остальных факторов, могут быть легко
устранены после их выявления.
При монтаже и отладке любой стационарной газорезатель-
ной машины особое внимание должно уделяться горизонталь-
ности и прямолинейности рельсового пути, обеспечению необхо-
димой силы тяги у машины, а также проверке точности копиро-
вания и равномерности хода машины.
Правильно смонтированная и отлаженная стационарная га-
зорезателыная машина должна удовлетворять следующим ос-
новным условиям.
1. Допускаемые отклонения направляющих рельсов не дол*
жны превышать:
а) в горизонтальной плоскости 0,05 мм на 1 м длины и не
более 0,5 мм на всю длину направляющих для машин, работаю-
щих с магнитной головкой, и вдвое больших отклонений для на-
правляющих в машинах с фотокопировальными системами ^ипа
МДФКС и МДМ-2;
б) на прямолинейность — 0,1 мм на 1 м длины и 0,5 мм на
общую длину направляющих всех систем.
2. Должна выдерживаться строгая перпендикулярность плос-
кости поперечных направляющих (или хобота) по отношению к
плоскости движения продольных кареток машины.
3. Должна обеспечиваться легкость й равномерность хода
продольной и поперечной кареток; величина усилия, необходи-
мого для перемещения кареток, не должна превышать для каре-
ток продольного хода 1,5-ь-2,5 кг, а для кареток поперечного
хода 1,0-:-2,0 кг, в зависимости от типа газорезательных ма-
шин. Сила тяги (превышение двигательной силы машины над
силой сопротивления) не должна быть меньше 3 -ь- 3,5 кг.
4. Не должно быть качания резака в суппорте и качания
суппорта в каретке прперечного хода в месте присоединения
суппорта к хоботу (в машинах ДСП и СГВ).
232
5. Шланги и электропровод должны свободно перемещаться
ири движении машины и не препятствовать ее ходу или оста-
новке.
(Проверку горизонтальности направляющих рель-
сов производят с помощью двух сообщающихся градуированных
сосудов (бюреток), наполненных водой. Бюретки устанавливают
на одном конце рельса и фиксируют положение уровня жид-
кости в обоих сосудах. Затем один сосуд устанавливается пооче-
редно на середину и на вторй конец рельса. Отсутствие смеще-
ния уровней жидкости в .сосудах от первоначальных отметок
свидетельствует о горизонтальности рельса. Также проверяется
положение рельсов относительно друг друга; для этого оба со-
суда устанавливаются на одном рельсе, а затем один из сосу-
дов переставляется на второй рельс.
Выверку прямолинейности боковой поверхности на-
правляющих рельсов производят с помощью индикатора сле-
дующим образом.
На концах крайних звеньев рельсов укрепляют специальные
струбцины, имеющие на определенном расстоянии от опорной
плоскости прорези для установки стальной струны. Затем с по-
мощью грузов натягивают тонкую (диаметром 0,1 мм) шелко-
вую нить или стальную струну, которая должна проходить через
прорези струбцины. Отклонение направляющих рельсов опреде-
ляют индикатором, который имеет на выступающей части кор-
пуса риску, отстоящую от конца измерительного стержня инди-
катора на определенную величину (на величину базы), переме-
щая индикатор вдоль струны или нити и совмещая с ними
риски.
Выверку прямолинейности направляющих рельсов можно-
также производить последовательным перемещением длинной
поверочной линейки вдоль боковой плоскости рельсов с одно-
временным фиксированием величины отклонения индикатором.
Для этой цели первое звено рельса необходимо установить,
укрепить его и на определенной базе от его боковой поверх-
ности расположить поверочную линейку. База фиксируется ин-
дикатором, укрепленным на специальном угольнике, который
следует перемещать по линейке.
Важнейшей характеристикой резательной машины является
сила сопротивления передвижению кареток поперечного и про-
дольного хода, показывающая правильность регулировки зазо-
ров между направляющими рельсами и боковыми роликами ка-
реток, а также аила тяги пальца магнитной головки или веду-
щего ролика механической головки.
За силу сопротивления принимаются показания динамометра
при усилии, соответствующем началу сдвига каретки с места.
При этом один крючок динамометра прикрепляется к каретке,
для которой измеряется сила сопротивления, а второй крючок —
233
к перекинутому через блок тросу с металлическим коробом, $
который насыпается песок в' качестве груза. Натяжение трос*!
с помощью короба с песком иногда заменяют натяжением троса?
от руки. Также определяется и сила тяги. Максимальная сила
•сцепления (или тяги) определяется при наступлении полного
прекращения движения ведущего механизма с магнитной (или
механической) головкой вследствие полного пробуксовывания
магнитного пальца или ведущего ролика.
Рис. 88. Электрическая схема прибора для изме-
рения неравномерности хода машины
Для измерения неравномерности хода машины снимается
так называемая точкограмма при помощи специального прибо-
ра (рис. 88). При пуске газорезательной машины включается,
цепь электромагнита, вставленного вместо мундштука, который-
втягивает в себя сердечник; при этом пишущее перо поднимает-'
ся вверх. Реле времени, состоящее из электродвигателя и кон-:
тактной системы с кулачками, настроено таким образом, что
размыкает цепь электромагнита через каждую секунду. В мо-
мент размыкания цепи электромагнита его сердечник под дей-
ствием пружины перемещается вниз и перо ставит точку на бу-
маге, уложенной на рабочем столе. Таким образом, получается
точкограмма. По разности расстояний между отдельными точ-’
ками определяется степень неравномерности хода машины, т. е.;
перемещения резака.
234
Неравномерность перемещения резака характеризует каче-
ство изготовления шестерен и сборки редуктора.
Методика выверки системы координатных кареток. Для пре-
дупреждения искажения форм деталей вследствие взаимного
перекоса направляющих продольной и поперечной кареток или
недопустимых зазоров между направляющими рельсами и боко-
выми роликами следует в период плановых осмотров (не реже
одного раза в месяц) выверять каретки диагональным методом,
для чего необходимо:
а) уложить на раскроечный стол выправленный (с допуском
3 мм на 1 пог. м) лист металла размером не менее 1600X
5000 мм, выверить горизонтальность его укладки и покрыть его
поверхность мелом;
б) вставить в суппорт машины вместо резака стержень, за-
канчивающийся острием, и, не закрепляя стержень в держателе,
установить его в вертикальном положении;
в) застопорить поперечную каретку машины и нанести остри-
ем короткие продольные риски в углах листа;
г) застопорив продольную каретку машины и освободив по-
перечную, нанести в четырех углах листа поперечные риски, пе-
ресекающие продольные;
д) замерить стальной рулеткой длину диагоналей между
противолежащими засечками намеченных углов прямоугольни-
ка. При наличии разницы в длинах этих диагоналей свыше 0,5 мм
устранение перекоса системы кареток производится соответ-
ствующим смещением регулировочных боковых (обжимных) ро-
ликов кареток, установленных на эксцентричных осях.
Выше описаны лишь основные методы проверки и выверки,
осуществление которых необходимо при наладке газорезатель-
ных машин и их планово-предупредительном ремонте.
Составление карт раскроя и организация копирного хозяй-
ства. Компоновку карт раскроя следует производить по техноло-
гическим узлам изделия (блокам, секциям, комплектам и пре-
дельной ширине обработки) с учетом толщины и марки стали,
а также возможностей газорезательного оборудования, имеюще-
гося на заводах.
При этом необходимо учитывать: 1) последующее назначе-
ние деталей и связанные с этим требования к точности их об-
работки (например, под автоматическую сварку, ручную сварку
в стык, свободные припуски и т. д.); 2) принятый порядок резки
(например, по наружному или внутреннему копиру); 3) целе-
сообразность полного раскроя листа металла данным способом
обработки; 4) получение минимальных отходов металла путем
применения совмещенных резов, заполнения свободных мест
листа деталями данного или смежного технологических узлов и
комплектов. Для обработки всех деталей по единым копирным
235
щитам копировальные ролики на всех машинах завода должнц
быть одинакового диаметра. , i
Для повышения производительности труда и снижения отхо-
дов металла на многих заводах применяют групповые домбини|
рованные копиры, представляющие собой наборы единичных ко«
пиров, укрепленных на одном основании.
Дак указывалось выше, копиры (шаблоны) изготовляют и’
листовой стали толщиной 6—8 мм. Однако в судостроении, где
детали имеют большие габариты, сложные очертания и харак-
теризуются малой серийностью, копиры из листовой стали из-
готовлять экономически нецелесообразно. Поэтому в этой отрас-
ли промышленности используют копиры, представляющие собой
контуры вырезаемых деталей, изготовленные путем гибки и:
стальных прутков прямоугольного или квадратного сечения. Ко-
пирные прутки крепятся к основанию копира без последующе»
механической обработки.
Наиболее точными, стойкими и удобными в эксплуатаций
являются копирщиты, изготовленные на дюралюминиевом осно-
вании. Но они дороги и используются только при производстве
деталей для судов серийной постройки. Наиболее дешевыми г
легкими являются щиты с фанерными основаниями, но вслед
ствие трудности обеспечения надлежащей точности набивки ко-
пирных прутков и недолговечности копирщитов с фанерным»
основаниями они применяются чаще всего для вырезки неответ-
ственных деталей или для вырезки деталей при постройку еди
ничных экземпляров судов.
Групповой копир в судостроении и на многих машинострои
тельных заводах проектируется исходя из наиболее экономич-
ного раскроя всего листа; при этом на одном копирщите могу;
располагаться детали различных технологических узлов илг
комплектов. На некоторых заводах копирщиты изготовляют^
небольших размеров, с тем чтобы набранное количество деталей
в копирщите комплектно обеспечивало требуемое количестве
деталей данного узла. Эта система использования копирщито»
облегчает организацию производства, но увеличивает коли
чество отходов металла.
При комбинированном раскрое, как правило, применяете»
однорезаковая резка, однако на Луганском тепловозостроитель
ном заводе применяют такие разновидности комбинированной
раскроя, которые позволяют осуществлять резку одновременнс
двумя резаками. В этом случае копирщит состоит из двух груш
копиров для одинаковых деталей. Такого вида раскрой увели
чивает стоимость копирщита и трудоемкость его изготовления
но зато повышает производительность машины и поэтому егс
лучше всего использовать при вырезке ’ деталей большой
серии.
При выборе рационального рабочего контура деталей сле|
236
дует учитывать преимущества и недостатки, свойственные копи-
рам с наружным и внутренним рабочими контурами.
Копиры с наружным рабочим контуром имеют следующие
преимущества:
а) уменьшаются отходы металла за счет расположения ко-
пирных прутков внутри контура деталей или отсутствия пере-
мычек между деталями для цельных металлических копиров и
увеличение пределов обработки деталей по ширине;
б) уменьшается расход копирных прутков по сравнению с
резкой по внутреннему контуру (для резки по судостроитель-
ным копирам);
в) обеспечивается обработка резов по кромкам деталей.
Недостатками этих копиров являются:
а) в прямых и острых углах получаются закругления с ра-
диусом, примерно равным радиусу копировального пальца;
б) усложняется пригонка копирных прутков (реек) в углах
(для судостроительных копиров).
К преимуществам копиров с внутренним рабочим контуром,
относятся возможность получения на вырезаемых деталях углов
без закругления и упрощения подгонки копирных реек в углах
(для судостроительных копиров), а к недостаткам — увеличение
отходов металла за счет необходимости оставления определен-
ного промежутка между смежными контурами деталей и невоз-
можность обработки деталей со слишком малыми углами, в
которых копировальный ролик может заклиниваться. Для устра-
нения пробуксовки копировального ролика в этих углах произ-
водят насечку рабочей поверхности копира вертикальными
штрихами глубиной до 1,5 мм.
На практике находят применение в основном копиры с на-
ружным рабочим контуром. Копиры с внутренним рабочим кон-
туром используют только для получения деталей с острыми
углами.
При наличии на заводе более 100 копирных щитов необ-
ходимо иметь специальное помещение (склад) для их хра-
нения.
При меньшем количестве щитов создание такого склада не-
целесообразно и для хранения щитов следует отводить часть
площади непосредственно на участке машинной кислородной
резки. Необходимую площадь склада можно определять коли-
чеством стеллажей для хранения копирных щитов и площадью
проходов для удобной и безопасной транспортировки и укладки
щитов в ячейки. Склад должен иметь:
а) стеллажи с ячейками для хранения копирных щитов (89)
(ширина ячеек должна позволять хранить одновременно 8—10
копирных щитов);
б) подъемный кран или кранбалку грузоподъемностью
1,0—1,5 т;
237
в) специальные кассеты для транспортировки копирных щи
тов на участок кислородной резки и обратно.
Копирные щиты хранят в ячейках в вертикальном положе
нии. Металлический каркас стеллажей, также как и его отделы
ные ячейки, имеет деревянную обшивку, предохраняющую ко
пирщиты от повреждений при их укладке и выемке. Копирщи
ты размещают по стеллажам и ячейкам согласно принятой ш
данном заводе разбивке деталей по технологическим узлам i
комплектам.
Помимо обычных ячейковых стеллажей, на некоторых-заво-
дах применяют поворот
ные стеллажи барабан
ного типа. Поворот тако
го стеллажа осуществ
ляется электродвигате
лем через червячный ре
дуктор, а для предохране
ния копирщита от выпа
дения при повороте пре
дусмотрены специальны!
запоры.
Для предупреждении
прогиба щита от собст
Рис. 89. Стеллаж для хранения копирщитов венного веса при подъеме
его краном рекомендует
ся изготовить специаль
ные траверсы для транспортировки щитов с захватом их вД—z
точках. Для легких (фанерных) копирщитов могут быть приме
йены простые струбцины, а для металлических — специальные
безопасные захваты.
Столы для укладки разрезаемых листов и приспособления
для уборки шлака. Большое значение для сокращения вспомо
гательного времени на укладку листа, съем вырезанных дета
лей и удаление отходов, повышения производительности труда
улучшения условий работы резчика и повышения точности вы
резки имеет конструкция столов для укладки разрезаемых
листов под резку. Наибольшее распространение в промышлен
ности получили столы для укладки разрезаемых листов с не
подвижными точечными опорами, столы с опорными дисками
(роликами) и' столы с опорными вставными полосами, постав
ленными на ребро.
Верхняя часть столов с неподвижными точечными опорам!
(рис. 90) имеет неподвижную раму-решетку из сортового ме
талла, на которой установлены опорные элементы. В качеств!
опорных элементов используют стальные, медные или (чаще
всего) чугунные штыри, которые вставляются или ввинчиваются
в специальные отверстия на перекладинах. К достоинствам сто
238
Рис. 90. Стол для укладки разрезаемых листов с то-
чечными опорами
Рис. 91. Стол для укладки разрезаемых листов с по-
верхностью в виде опорных полос
лов данной системы можно отнести легкость замены изношенных,'
•штырей и облегчение уборки шлака после резки, а к недостат-
кам — интенсивный износ штырей при передвижении тяжелых
листов, перекосы и перегибы их при боковых ударах, а также
трудность точной установки всех штырей в одной плоскости.
•В результате этого лист обычно опирается лишь на небольшое
количество штырей.
'Столы с чугунными или стальными опорными дисками, наса-
женными на оси, установленные поперек стола на продольных
балках рамы, обеспечивают легкое перемещение листов и выре-
занных деталей, а также имеют меньший износ. Однако кон-
струкция их сложна в изготовлении, требует большого расхода
Рис. 92. Стол для укладки разрезаемых листов с механизированной
уборкой шлака и мелких отходов
стали; при этом затруднена смена изношенных дисков. Поэтому
такая конструкция столов при наличии кранового оборудования
нецелесообразна.
Столы со вставными опорными полосами, поставленными на
ребро (рис. 91), получили на заводах наиболее широкое распро- ,
странение. Опорные элементы имеют вид широких вставных по-'
лос толщиной 1,5—3 мм, поставленных на ребро, выдерживают;
большие нагрузки, обеспечивают легкое удаление шлака, удоб-'
ны в эксплуатации и легко могут быть заменены при перегара-:
нии и износе. Эти столы выполняются без съемных опорных на-,
кладок (рис. 91, а) или с накладками (рис. 91, б).
Применение современных газорезательных машин, обеспечи-
вающих частичную или полную механизацию процесса резки,
поставило вопрос о механизации уборки шлака и мелких отхо-
дов после резки. Например на Харьковском электромеханиче-
ском заводе применяют специальные столы (рис. 92) с инер-
240
ционными транспортерами для механизированного удаления
шлака. Шлак, попадая на наклонную плоскость под столом,
скатывается по ней на желоб инерционного транспортера, с ко-
торого благодаря возвратно-поступательным колебаниям жело-
ба ссыпается в тарный короб с раскрывающимся днищем, уста-
новленный в приямке. Заполненные коробы вынимаются из
приямков мостовым краном и шлак высыпается в железнодо-
рожные вагоны.
Несколько более простой по конструкции стол подобного
устройства применяется также на Коломенском тепловозострои-
тельном заводе для резательной машины СГУ-1.
Рис. 93. Стол-контейнер для укладки разрезанных листов
Изготовление описанных конструкций столов требует прове-
дения ряда строительных работ (бетонирования основания, зем-
ляных работ) и поэтому целесообразно лишь для больших ста-
ционарных машин. Для ручной резки и резки переносными га-
зорезательными машинами-тележками наиболее рационально
использовать передвижные столы-контейнеры грейферного типа
(рис. 93), применяемые на Московском автозаводе им. Лихаче-
ва. Такой стол состоит из опорной рамы 1 и короба 2 с раздви-
гающимися половинками, скрепленными специальными скобами.
Размеры стола 3000X1500X700 мм. Для резки длинных листов
ставятся в ряд несколько таких столов. При наполнении кон-
тейнера шлаком и отходами резки весь стол поднимается мосто-
вым краном над автомашиной, убирающей отходы, половинки
стола раздвигаются и шлак с отходами металла падает в кузов
машины.
Достоинством таких столов является простота изготовления,
сравнительно небольшой вес, удобство передвижения по цеху,
быстрота и удобство удаления отходов.
16-966. 241
6. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ МАШИНЫ И УСТАНОВКИ
В
ность
универсальных газорезательных машинах их универсалы
сочетается с достаточной специализацией,
что
ся комплектовкой оборудования различными дополнительными
узлами, предназначенными для выполнения тех или иных опера-
ций. Оснащение машины дополнительными узлами ведет к ус-
ложнению ее конструкции, необходимости применения более
широких пределов регалирования основных параметров резки и,
в конечном итоге, к недоиспользованию технологических осо-
Рис. 94. Переносный прибор для обрезки труб ТР-2
бенностей универсальной газорезательной машины. Поэтому с
целью упрощения конструкции и повышения коэффициента'ис-
пользования машин разрабатывается специальное оборудова-
ние, предназначенное для выполнения какой-либо одной или не-
скольких определенных, часто встречающихся операций. К та-
ким машинам относятся: машины для отрезки труб и вырезки
в них отверстий, для вырезки дисков и фланцев, для обрезки
днищ в машиностроении, а также оборудование для резки при '
непрерывной разливке стали и огневой зачистки горячего ме-;
талла в потоке проката в металлургической промышленности, i
Машины для обрезки труб. Труборез ТР-2 для кисло-
родной резки труб (рис. 94) предназначен для обрезки
труб диаметром 190—350 мм в полевых условиях в плоскости, i
перпендикулярной оси трубы, как под прямым углом к оси тру- j
бы, так и со скосом кромок под сварку в стык. Конструкция ;
242
трубореза позволяет устанавливать его на неподвижно закреп-
ленную трубу в любом месте, без протаскивания трубореза
вдоль трубы. Основание трубореза, имеющее упоры для закреп-
ления на трубе, заканчивается зубчатым сегментом 1, по кото-
рому движется каретка 2, связанная с суппортом 3. Длина ок-
ружности сегмента сделана такой, чтобы при обкатке приводной
шестерни 4, а следовательно и суппорта, по всей длине сегмен-
та резак мог производить обрезку трубы по всему ее диаметру.
Перемещение резака осуществляется вращением рукоятки 5.
Вес трубореза без резака и шлангов не превышает 22 кг.
Он обладает узкими технологическими возможностями и не
обеспечивает всего комплекса операций, встречающихся при
строительстве трубопроводов.
Более универсальной является машина для фасонной
кислородной резки труб без копиров, изготов-
ленная по предложению слесаря Н. М. Кудрявцева и предназ-
наченная для резки труб диаметром от 108 до 529 мм, длиной
от 1 до 12 м. На этой машине можно производить прямой рез с
одновременным скосом кромок, косой рез для изготовления
секционных угольников, вырезку патрубков и отверстий в тру-
бах для изготовления равнопроходных тройников с переменным
углом скоса, а также разнопроходных тройников. Машина со-
стоит из корпуса, в котором сосредоточены: привод, механизм
вращения трубы и кулисы, узлы правой стороны для резки всех
типов соединений труб (кроме вырезки гнезд для разнопроход-
ных тройников), узлы левой стороны для вырезки фасонных
гнезд разнопроходных тройников. При резке труба вращается,
а резак совершает возвратно-поступательное движение. При вы-
резке отверстий для разнопроходных тройников труба остается
неподвижной, а резак вращается вокруг вертикальной оси.
Эта машина во много раз снижает трудоемкость резки труб,
исключает необходимость предварительной разметки контура
резки и последующей механической обработки. Бескопирная
вырезка труб осуществляется с помощью кулисного механизма,
обеспечивающего относительное перемещение резака по требуе-
мой линии. В машине предусмотрен механизм плавания, обес-
печивающий постоянное расстояние между мундштуком и ме-
таллом, а также механизм изменения наклона резака в процесс
се резки.
Машина для фасонной кислородной резки
груб (рис. 95) конструкции треста «Уралсантехмонтаж».
Если машина конструкции Н. М. Кудрявцева предназначена
для резки труб в стационарных условиях, то эта машина может
быть использована для резки как в стационарных условиях, так
и на монтажных площадках. Кроме того, у нее расширены прег
делы диаметров разрезаемых труб от 57 до 720 мм. На машине
можно резать трубы перпендикулярно и под углом к оси трубы,
16* 243
а также выполнять фигурную обрезку концов труб для прямых
тройниковых соединений. Одновременно с резкой можно произ-
водить снятие фаски. Настройка на нужный размер и переме-
щение резака вдоль оси трубы на заданное расстояние, а также
непрерывное изменение наклона резака в процессе резки осу-
ществляются с помощью кулисных механизмов.
Машина состоит из тележки 1 с кулисным механизмом 2,
кинематическая связь которого с вращающейся трубой 3 осу-
ществляется посредством приводного вала 4. В машине приме-
няется обычный резак 5 керосинореза К-51. В качестве враща-
теля используется стандартный манипулятор 6 типа ГСТМ-12.
Рис. 95. Переносная газорезательная машина для обрезки труб
треста «Уралсантехмонтаж»
Для расширения диапазона диаметров разрезаемых труб в сто-
рону малых диаметров к манипулятору должны быть изготовле-
ны дополнительные шкивы, с помощью которых уменьшается
передаточное отношение между электродвигателем и редукто-
ром и соответственно увеличивается число оборотов патрона ма-
нипулятора. Число оборотов патрона манипулятора устанавли-
вается путем смены шестерен в редукторе.
Настройка и управление машиной несложны, а время вспо-
метательных операций невелико. Применение машинной резки
труб при изготовлении сегментных отводов позволило снизить;
трудозатраты примерно в восемь раз.
Машины для вырезки дисков и фланцев. Наиболее распро-
страненной операцией, на.которой с успехом используется кис-j
2U '
дородная резка, является вырезка дисков и.фланцев, причем
при механизированной вырезке кислородом обычно не требует-
ся их дальнейшей механической обработки.
Все универсальные стационарные и переносные газореза-
тельные машины снабжены приспособлениями для вырезки дис-
ков и фланцев. На стационарных машинах вырезка дисков и
фланцев производится либо
с помощью магнитной го-
ловки и копиров в виде
фланцев и дисков, либо бес-
копирным методом с по-
мощью механической голов-
ки и циркульного устройст-
ва (что более целесообраз-
но). Однако применение
сложных и дорогих реза-
тельных машин общего на-
значения для массовой рез-
ки дисков и фланцев неце-
лесообразно из-за трудности
и трудоемкости рациональ-
ного раскроя листа и малой
мобильности этих машин,
поскольку необходимо, что-
бы лист или машина были
подвижны.
Более целесообразно
применение для резки дис-
ков и фланцев переносных
газорезательных машин, ос-
нащенных циркульным уст-
ройством и перемещающих-
ся непосредственно по раз-
резаемому листу. Однако
при этом затруднена уста-
новка машины на заданный
размер, а также резка дисков небольшого диаметра, так как
необходимо устанавливать машину снаружи вырезаемого диска,
что снижает полезное использование площади листа.
В 1949 г. ВНИИАВТОГЕН была разработана машина
МРВП для однорезаков'ой вырезки дисков и фланцев диамет-
ром до 600 мм на вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Станиной этой машины служит консольная Г-образная стойка,
прочно удерживаемая на разрезаемом листе тремя электромаг-
нитами. На кронштейне стойки укреплен вертикальный вал с
опорным центром и штангой для крепления резака. Привод
вращения вала осуществляется вручную. Достоинством данной
Рис. 96. Головка для вырезки флан-
цев Ф-1
245
машины является легкость ее установки в любом месте листа,
а недостатками — невозможность вырезки фланца за один про-
ход и использование ручного привода для перемещения резака.
Эти недостатки устранены в конструкции фланцерезной го-
ловки Ф-1 (рис. 96), предназначенной для вырезки фланцев
толщиной 5—100 мм с внутренним диаметром от 5 до 640 мм,
наружным диаметром от 100 до 800 мм и шириной фланца
от 26 до 100 мм. Основными частями головки являются: элект-
родвигатель с реостатом, поворотная резаковая штанга, ре-
заковые суппорты с резаками, газораспределительная голов-
ка и пульт управления (регулирование скорости вращения
Рис. 97. Принципиальная схема установки для
обрезки днищ
резаковой штанги и включение, выключение и реверсирова-
ние механизма). Конструкция головки позволяет производить
пробивку отверстий вне контура фланца. После пробивки от-
верстий при вращении маховичка происходит сближение ре-
заков на расстояние, равное требуемому диаметру вырезки.
Головка Ф-1 является рабочим органом, обеспечивающим
возможность эффективной резки фланцев. В зависимости от ха-
рактера и специфики производства головка должна быть уста-
новлена на том или ином приспособлении. Таким приспособле-
нием может явиться треножник, кронштейн, консольное или пор-
тальное устройство и т. п., однако любое опорное устройство
должно иметь достаточную жесткость и устойчивость.
Газорезательные машины для обрезки кромок штампованных
днищ. Такие машины работают на Людиновском, Павшинском ?
и других заводах, которые изготовили для этой цели достаточ-
но простые механизированные установки. Установка для резки
(рис. 97) состоит из поворотного стола 1, на котором разме-
щается обрабатываемое днище или лист. Стол снабжен меха-
низмом для регулирования скорости его вращения. На колонне
246 ‘
2 укрепляется суппорт 3 с резаками. Некоторые конструкции
установок предусматривают возможность перемещения колонны,
а также подачу суппортов по вертикали. Установка на Пав-
шинском механическом заводе позволяет производить вырезку
неправленных днищ. Для этой цели съемная штанга с суппор-
том прижимается опорным роликом 4 к вырезаемому днищу или
обечайке при помощи специального противовеса 5, установлен-
ного на поворотной колонне 2. На данной установке можно
производить обрезку обечаек; обрезку кромок штампованных
днищ с применением горизонтальной • резки, резки со скосом
кромок (внутрь или снаружи), резки с заострением кромок,
резки с X и V-образной разделкой кромок; вырезку фланцев.
7. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МАШИН ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
До недавнего времени автоматизация кислордной резки де-
талей со сложными криволинейными контурами основывалась
на применении машин с магнитными, механическими или фо-
тоэлектрическими копирующими головками. Однако даже при
наиболее совершенном фотоэлектрическом методе копирования
автоматизированным остается только обход резаком контура
детали, а переход от одного контура резки к другому осущест-
вляется обычно вручную.
За последние годы появилось новое автоматизированное
оборудование для кислородной резки по сложным контурам —
машины с программным управлением.
Применение машин с программным управлением позволяет
полностью автоматизировать регулирование всех параметров
режима резки; повысить (по сравнению с фотокопированием)
точность вырезанных деталей, так как отсутствует масштабное
воспроизведение неточностей чертежей; получить более рацио-
нальный раскрой металла; упростить обслуживание машины,
так как основные данные о параметрах режима резки устанав-
ливаются технологами; обеспечить возможность автоматизации
резки деталей с несколькими внутренними вырезами.
В машинах с программным управлением контур детали за-
дается непосредственно в виде математических функций или че-
рез координаты его отдельных точек и вместе с данными о ре-
жимах резки записывается условным кодом в виде электриче-
ских импульсов на магнитную ленту.
Магнитная лента с записанными на ней данными о коорди-
натах всех точек контура и режимах резки попадает в считы-
вающее устройство машины, представляющее собой магнито-
фонную головку с усилителем. Отсюда сигналы направляются в
запоминающее устройство, где преобразуются в напряжения,
•которые либо пропорциональны соответствующим координатам
247
точек вырезаемого контура, либо характеризуют определенные
параметры режима резки.
По способу дальнейшей обработки полученных напряжений
создаваемые газорезательные машины с программным управ-
лением подразделяются на три системы:
1. Система с обратной связью. При конструирова-
нии машин по этой системе каретки продольного и поперечного
хода связаны со специальными датчиками, вырабатывающими
напряжения, пропорциональные фактическому перемещению
резака в направлении координатных осей. Напряжения, полу-
чаемые в результате считывания магнитной ленты, непрерывно
сравниваются с напряжением, характеризующим фактическое
положение резака, и найденная величина расхождения исполь-
зуется для управления движением резака с целью устранения
этого расхождения. Для этого усиленное напряжение расхож-
дения подается на обмотку возбуждения двигателей исполни-
тельной машины. Этот принцип называется обратной связью.
Данная система является наиболее падежной и совершен-
ной, а также принципиально наиболее точной. Поэтому в осно-
ву проектирования газорезательной машины с программным
управлением типа «Алмаз» была положена система с обратной
связью. Недостатком данной системы является ее относитель-
ная сложность.
2. Система с шаговыми двигателями, связан-
ными с сельсинами. При использовании в качестве ис-
полнительного механизма шагового двигателя обратная связь
отсутствует, так как в шаговых двигателях каждому командно-
му импульсу соответствует поворот вала на определенный
(обычно около 2-ч—2,5°)
угол. Надежность работы шаговых дви-
гателей такова, что практически не бывает случая пропуска-
командного импульса. Эта система имеет более простую элек-
трическую схему, кроме того отпадает необходимость в точном
изготовлении сложных и дорогих безлюфтовых редукторов. Не-
достатком данной системы является меньшая точность (эта точ-
ность фактически определяется ценой импульса), особенно на
скоростях, при которых происходит резка, однако использова-
ние таких систем для целей резки вполне приемлемо. Эти ма-
шины дают точность ±0,1 мм, а машины по системе с обратной
связью — сотые доли миллиметра.
В основу проектирования газорезательной машины с про-
граммным управлением для целей машиностроения, разрабаты- :
ваемой ВНИИАВТОГЕН, принята система с шаговыми двига- :
телями ШД-4 конструкции ЭНИМС. При этом используются се- i
рийно выпускаемые шкаф управления шаговыми двигателями ;
(ПРС-1-58) и сами шаговые двигатели. Недостатком данной 5
системы является малая мощность серийных шаговых двигате- :
лей, поэтому при ее осуществлении необходим еще силовой дви-
248
гатель (гидропривод или электропривод, связанный с шаговым
двигателем сельсинной парой). Применение электрического дви-
гателя, управляемого сельсинами, требует дистанционной связи
между задающей и исполнительной частями машины.
3. Система с силовыми шаговыми двигателя-
ми, разработанная для газорезательной машины с програм-
мным управлением для судостроения. Она предусматривает пе-
ремещение кареток продольного и поперечного хода с помощью
шаговых двигателей большой мощности, что исключает дистан-
ционный канал между задающей и исполнительной частями
машины. Такие двигатели в настоящее время промышленностью
не изготовляются, но над созданием их работает ряд организа-
ций.
Составление программ производится независимо от приня-
той системы и включает в себя следующие основные операции:
подготовку чертежа детали, выполняемого в форме, соответ-
ствующей данной системе; составление по чертежу программной
таблицы; кодирование программной таблицы, содержащей дан-
ные о координатах опорных точек и режимах резки; перенесе-
ние данных таблицы на бумажную перфорированную ленту; об-
работку ленты в счетно-вычислительном устройстве и запись на
магнитную ленту участков контура между опорными точками и
данных о режимах резки.
На перфорированную ленту записываются лишь координаты
точек, определяющие границы участков (опорные точки) и дан-
ные, определяющие положение кривой (например, координата
центра и радиус окружности), а полный обсчет контура проис-
ходит в счетно-решающем устройстве. Составление и запись про-
грамм целесообразно прозиводить на специальных централизо-
ванных счетно-вычислительных станциях.
Создаваемая рядом организаций машина «Алмаз» с про-
граммным управлением (рис. 98) предназначена для судострои-
тельной промышленности. Она обеспечивает автоматическую
разметку, маркировку и кислородную резку деталей любой
формы из малоуглеродистой стали толщиной от 4 до 100 мм.
Машина имеет два трехрезаковых поворотных суппорта для од-
новременной обработки двух листов длиной до 10 ж и шири-
ной до 2 м с получением идентичных и зеркальных (для лево-
го и правого борта одновременно) контуров или для обработки
одного, более широкого листа. Машина рассчитана также на
выполнение кислородно-флюсовой резки листов из нержавею-
щей стали и газоэлектрической резки деталей из алюминиевых
сплавов. Машина оборудована устройствами, обеспечивающими
полную автоматизацию всего технологического процесса резки.
С команды, записанной на ленте, автоматически осущест-
вляется пуск газов подогревающего пламени и зажигание го-
рючей смеси; выдержка времени для начального подогрева ме-
249.
талла; плавный пуск «режущего кислорода и вывод резакд на ли- ?
нию контура; резка контура, в том числе со скосом кромок на
криволинейных участках; оставление перемычек в заданных
местах; уменьшение скорости на участках большой кривизны;
переход от контура к контуру на маршевой скорости; контроль
процесса резки и сигнализация о непрорезе.
Первая газорезательная машина с программным управле-
нием предназначается для использования ее в судостроении,
так как эта машина, автоматизируя наиболее трудоемкие опе-
рации постройки корабля (разметку, маркировку, резку), яв-
Рис. 98. Газорезательная машина «Алмаз» с программным управлением
ляется первым этапом полной автоматизации всего технологи-
ческого процесса постройки судов с обсчетом всех теоретиче-
ских обводов кораблей на счетно-решающих машинах, что при-
ведет к устранению плазовых (раскройных) цехов и значитель-
но повысит качество и производительность сборки кораблей.
Автоматизация всего технологического процесса резки на
машине «Алмаз» даст возможность создать автоматическую ли-
нию, обеспечивающую комплексную механизацию всех техно-
логических и вспомогательных операций. Такая линия создает-
ся сейчас на одном из судостроительных заводов и является
прообразом заготовительного цеха-автомата будущих судострои-
тельных заводов.
Газорезательная машина, использующая систему ЭНИМС с
шаговыми двигателями, не является столь универсальной и
250
предназначена для использования ее на машиностроительных
заводах. Машина составлена из серийно выпускаемых узлов, а
исполнительной частью ее может быть любая масштабно-
дистанционная газорезательная машина. С целью упрощения
программирования, устройства для выполнения отдельных тех-
нологических операций объединены в один релейный блок тех-
нологических команд; в результате этого для управления всеми
технологическими операциями на дорожку технологических
команд достаточно записать не более 2—5 команд.
8. АЦЕТИЛЕНО КИСЛОРОДНЫЕ РЕЗАКИ
Общие сведения. Выпускаемые в настоящее время резаки
для кислородной резки классифицируются по способу подвода
горючего газа, по назначению и по роду горючего, на котором
они работают.
По способу подвода горючего газа резаки делятся на инжек-
торные (наиболее распространенные) и безынжекторные, а по
назначению — на универсальные, предназначенные для разде-
лительной резки стали толщиной до 300 мм по прямой, кругу и
по различным криволинейным контурам, и на резаки специаль-
ного назначения — для вырезки отверстий, обрезки труб, срезки
заклепок и т. п.
По роду применяемого горючего газа резаки подразделяют-
ся на ацетилено-кислородные; на резаки для работы на газах —
заменителях ацетилена (природном газе, пропано-бутановой
смеси) и на резаки, работающие на жидком горючем (кероси-
не, бензине).
В настоящем параграфе рассматриваются только ацетилено-
кислородные резаки.
Инжекторный резак (рис. 99) состоит (ГОСТ 5191—57) из
следующих основных узлов: инжекторно-смесительной части 1,
вентилей для кислорода и горючего газа 2, вентилей для управ-
ления подачей режущего кислорода 3, головки со сменными
мундштуками 4, штуцеров со съемными ниппелями 5 для при-
соединения резино-тканевых рукавов.
Инжектором принято называть струйный насос, в котором
перемещение и сжатие одного из газов (инжектируемого) осу-
ществляются за счет использования силы струи другого газа
(инжектирующего). Для осуществления этого процесса инжек-
тирующий газ (подогревающий кислород) должен поступать в
резак под значительно более высоким давлением, чем инжекти-
руемый газ (ацетилен). По выходе из отверстия инжектора
струя подогревающего кислорода засасывает некоторое коли-
чество ацетилена. В смесительной камере скорость истечения
струи подогревающего кислорода падает, а струи ацетилена воз-
растает и оба газа перемешиваются. На величину создаваемого
251
99. Ручной резак «Пламя» для кислородной резки стали
в ацетиленовых каналах разряжения большое значение оказы-
вает свободный объем, расположенный между инжектором и
смесительной камерой.
Многочисленные конструкции ручных резаков, не имея прин-
ципиальных отличий, различаются по своему конструктивному
«оформлению некоторых узлов. Так различают двухшланговые и
трехшланговые резаки. В первом случае поступающий кислород
уже в самом резаке разветвляется на режущий и подогреваю-
щий, а во втором случае режущий, кислород идет по отдельному
шлангу. Разделение подогревающего и режущего кислорода
имеет то преимущество, что каждый из них может иметь свое
необходимое для процесса резки давление. При двухшланговой
системе подачи кислорода происходит иногда нарушение регу-
лировки нормально подобранного, соотношения газов в смеси
подогревающего пламени при пуске струи режущего кислорода,
что обусловлено падением давления подогревающего кислорода.
Однако, несмотря' на указанные недостатки, трехшланговый под-
вод газов осуществляется только на машинных резаках, так как
наличие трех шлангов в ручном резаке сильно затрудняет рабо-
ту резчика.
Существует также ряд вариантов конструктивного оформле-
ния устройств для управления подачей режущего кислорода.
Подача режущего кислорода происходит либо с помощью вен-
тиля (резак «Пламя», РР-53), либо быстродействующим краном
(УР-49), либо с помощью рычажного клапана (РП-50).
Для универсальных резаков наиболее целесообразно исполь-
зовать вентиль для пуска режущего кислорода, так как надеж-
ная конструкция быстродействующих кранов пока еще не отра-
ботана, а применение рычажного клапана нецелесообразно, так
как резчик должен прижимать рычаг к рукоятке в течение все-
го времени резки, хотя период резки заметно превышает период
•начального подогрева.
Из особенностей оформления других узлов резки следует от-
метить желательность применения запорных вентилей такой кон-
струкции, чтобы подвод газов осуществлялся «под клапан», а
также изготовления сальниковых и уплотняющих колец путем
штамповки в пресс-формах в целях точного соблюдения разме-
ров и форм колец. Оба перечисленных мероприятия повышают
герметичность запорных вентилей. При оценке конструкции ре-
зака следует учитывать, что большая масса основных деталей
(мундштуки, смесительная камера, трубки горючей смеси) уве-
личивает длительность и устойчивость работы резака, но удоро-
жает его стоимость, увеличивает вес и ухудшает эксплуатаци-
онные характеристики резака.
Мундштуки. Наиболее ответственной частью резака, сущест-
венно влияющей на качество поверхности реза и скорость рез-
ки, является головка резака с мундштуками (рис, 100). Одним
253
мундштуком можно резать сталь различной толщины, но в огра-
ниченных пределах; поэтому в универсальных резаках, рассчи-
танных на резку сталей в широких пределах толщин, мундшту-
ки делаются сменными. В связи с этим надежность, простота и
легкость присоединения мундштука к головке резака получаем
-важное практическое значение.
г] <д)
Рис. 100. Наиболее
ненные головки
е)
распростра-
резаков
По способу расположения от-
верстий для выхода подогревающе-
го пламени мундштуки подраз-
деляются на две группы:
а) мундштуки, в которых кана-
лы расположены так, что подогре-
вающее пламя концентрически ох-
ватывает струю режущего кислоро-
да;
б) мундштуки с последователь-
ным расположением струи подогре-
вающего пламени и режущего кис-
лорода (эта группа в Советском
Союзе большого распространения
не получила).
Мундштуки первой группы в
свою очередь по способу конструк-
тивной связи сопел для подогреваю-
щего пламени режущего кисло-
рода делятся на цельные и состав-
ные.
Цельные мундштуки — не-
разборные, изготовленные из одного
куска металла, со сверленными ка-
налами для режущего кислорода и
для горючей смеси подогревающего
пламени (рис. 100 а), каналы для
подопревающего пламени распола-
гаются на окружности вокруг цент-
рального канала для режущего кис-
лорода.
Мундштуки данного типа вслед-
ствие выхода смеси газов подогре-
вающего пламени через несколько каналов (сопел), называются
много сопловыми.
Цельные многосопловые мундштуки имеют следующие досто-
инства:
1) не требуют при установке на резак затраты времени на
центровку;
2) обеспечивают регулировку и устойчивость пламени малой
мощности, что уменьшает расходы ацетилена и кислорода, а»
254
также способствуют получению более качественной поверхности
реза.
Недостатками цельных многосопловых мундштуков являют-
ся:
1) сложность в изготовлении вследствие трудности сверле-
ния в деталях из красной меди глубоких отверстий малых ди-
аметров;
2) лишний расход дефицитной и дорогой меди;
3) трудность прочистки каналов для подогревающего пла-
мени.
Составные мундштуки имеют две самостоятельные
детали — внутренний и наружный мундштуки. Мундштуки тако-
го типа могут быть как многосопловыми (рис. 100, б, д, е), так
и щелевыми (рис. 100, в, а), в которых выход смеси подогре-
вающего пламени осуществляется через кольцевую щель, распо-
ложенную концентрично относительно канала режущего кисло-
рода.
Достоинства составных мундштуков заключаются в следую-
щем:
1) 'широкие пределы изменения мощности подогревающего
пламени за счет смены наружных мундштуков (внутренний
мундштук при этом не меняют), что особенно важно при пере-
ходе от резки металла с чистой поверхностью к резке металла,
покрытого окалиной и ржавчиной;
2) легкость и быстрота смены мундштуков;
3) значительное облегчение сверления отверстий в многосо-
пловых мундштуках, поскольку сверление выполняется на не-
большую глубину;
4) возможность изготовления внутренних мундштуков из
латуни. Это обеспечивает получение.более чистой поверхности
каналов для режущего кислорода, вследствие чего улучшается
качество поверхности резов и повышается скорость резки.
Основным недостатком многосопловых мундштуков (цельных
и -составных) является относительно низкая устойчивость их
против хлопков и обратных ударов пламени, так как такие
мундштуки хлопают при засорении уже одного из сопел.
Щелевые мундштуки, устраняя в какой-то степени недостат-
ки многосопловых, сами требуют точной центровки внутреннего
мундштука относительно наружного, чтобы струя режущего ки-
слорода проходила точно по середине кольцевого пламени.
Эксцентричность расположения щели может привести к переры-
вам в процессе резки или к ухудшению качества поверхности
реза.
Необходимость центровки мундштуков отпадает, если приме-
нять самоцентрирующие мундштуки (рис. 101), в которых цент-
рирование происходит при направлении скругленных граней
квадрата внутреннего мундштука по цилиндрической поверхно-
255
сти наружного мундштука. Диаметры каналов этих мундштуков
даны в табл. 34.
Основные обобщающие технические характеристики для
мундштуков этого типа даны в табл. 35 и 36.
А-А
Рис. 101. Самоцентрирую-
<цийся мундштук резака
«Пламя»
шинах для улучшения
Крепление внутреннего мундштука к
головке может осуществляться двумя
способами:
1) с помощью накидной гайки (рис.
100, а, б, в) или наружного мундштука
(рис. 101); 2) с помощью резьбового со-
единения (рис. 100, г, д, е). В первом
случае необходимо обращать особое вни-
мание на качество изготовления уплот-
нительных поверхностей.
Скорость резки зависит от концент-
рации подогревающего пламени; с этой
целью в многосопловых мундштуках
сверловку выходных отверстий осуществ-
ляют под некоторым углом (см. рис.
100), а в щелевых мундштуках макси-
мально возможно уменьшают наружный
диаметр выходной части внутреннего
мундштука.
Конструкция резаков для механизи-
рованной резки существенно не отли-
чается от конструкции ручных резаков.
Для большинства стационарных машин
применяют трехшланговые резаки, для
переносных машин — двушланговые. В
целях повышения устойчивости горения
пламени на некоторых стационарных ма-
теплоотвода применяются резаки с водо-
•охлаждаемым кожухом.
Вообще же устойчивость горения (т. е. длительность горения
до хлопка) будет тем выше,
чем больше вес меди мунд-
штука, меньше поверхность
его концевой части, воспри-
нимающей тепло, и мощ-
ность подогревающего пла-
мени и чем дальше от зоны
выделения тепла отводится
тепло, воспринятое мунд-
штуком. Последний фактор
•очень важен, поэтому улуч-
шение устойчивости горения
достигается рациональным
Таблица 34
Диаметры каналов мундштуков рездка
«Пламя», мм
256
Таблица 35
Внутренние мундштуки
Характеристика Пределы толщин разрезаемого металла, мм
3—8 5-20 20—50 50—100 100—200 200—300
Номер мундштука 1 2 3 4 5 6
Диаметр горлового отверстия, мм 0,8 1.1 1.5 2.0 2,5 3,0
Соответствующие номера наружных мундштуков 1 2; 3 2; 3 2; 3 4; 5 4; 5
Давление режущего кислорода перед ре- заком, ати 0,7-3,0 0,7—4,0 2,0—5,0 3,0—5,5 4,0—7,5 6,0—8,0
Пределы расхода режущего кислорода, м3!час 0,5-1,1 0,9—2,7 3,0—6,0 6,7—11,0 12,0-21,0 23,0—30,0
распределением веса меди наружного мундштука. Увеличением
поверхности наружного мундштука при том же весе его можно
увеличить длительность устойчивого горения до 80%.
Сопла режущего кислорода. Конструированию сопел режу-
щего кислорода должно быть уделено самое серьезное внима-
ние, так как от этого зависит не только расход режущего ки-
слорода, но и качество поверхности реза. Кислородная струя
должна интенсивно удалять из зоны резки образующиеся при
сгорании металла окислы, для чего также желательно, чтобы
скорость истечения струи была возможна большей. Струя ре-
жущего кислорода должна обеспечивать равномерную ширину
реза по толщине разрезаемого металла и минимально возмож-
ную величину отставания, для чего струя должна на возможно
большей длине сохранять свою цилиндрическую форму..
В настоящее время наибольшее распространение получили
сопла режущего кислорода с каналами цилиндрической и сту-
пенчато-цилиндрической формы (рис. 102, а, б). При резке со-
плами цилиндрической формы при давлении свыше 5—бати воз-
никающие в кислородной струе завихрения, а также расшире-
ние струи по выходе из сопла обусловливают плохое качество
поверхности реза и непара^лельность его кромок. При примене-
нии же сопел .ступенчато-цилиндрической формы цилиндрич-
ность струи повышается. Наиболее благоприятной формой соп-
ла, с точки зрения получения струи цилиндрической формы, яв-
ляются сопла с плавным расширением на выходе (рис. Г02, в)
по типу Ловаля. Однако эффективное использование сопел та-
кого типа возможно только при работе на расчетном режиме
(т. е. при заданной величине давления) и при точном изготов-
17—956 257
лении их, что практически сделало неприемлемым применение
Рис. 102. Типы сопел режущего кислорода
таких сопел в промышленности.
Как показывают исследования, при работе со ступенчато-
цилиндрическими соплами на давлениях, не превышающих 5—
6 ати (максимальная величина давления, рекомендуемого для
резки стали толщиной от 5 до 100 мм), их преимущества по
сравнению с цилиндрическими практически не ощущаются, а
при увеличении длины цилиндрической части / цилиндричность
струи у сопел без расширения на выходе выше, чем у сопла с
расширением*. Поэтому в настоящее время наиболее распрост-
ранены сопла, изобра-
женные на рис. 102, а.
Особое внимание сле-
дует обращать на обра-
ботку внутренних стенок
каналов сопел режущего
кислорода. Даже малей-
шая шероховатость ведет
к созданию завихрений в
крайних слоях струи ре-
жущего кислорода и на-
рушает ее цилиндричес-
кую форму при истечении,
что ухудшает качество
поверхности реза и сни-
жает скорость резки. Поэтому режущие сопла должны изготов-
ляться и эксплуатироваться особенно тщательно.
Недостатком инжекторных резаков является непостоянство
состава смеси газов подогревающего пламени при многократном
включении и выключений резака, а также при нагреве мунд-
штуков и смесительных камер в процессе резки, что особенно
существенно при использовании резаков в условиях работы ав-
томатической линии.
Поэтому в последнее время начали шире применяться реза-
ки равного давления, в которых подогревающий кислород и го-
рючий газ подаются в резак под одинаковыми давлениями или
так, что соблюдается постоянная пропорциональность между
давлениями кислорода и горючего газа.
Пропорциональность давления (изменение давления регули-
руемого газа при изменении давления регулирующего -газа) до-
стигается применением специального регулятора равного давле-
ния. Инжекторные резаки могут быть легко переделаны в без-
ынжекторные резаки равного давления путем незначительных
изменений в конструкции их корпуса и смесительной камеры.
К достоинствам резаков равного давления следует отнести:
* По данным А Г. Семенова.
258
17*
259
большую устойчивость пламени (на 20—25°/о) при нагреве
мундштука; точную установку соотношения газов и стабильность
заданного соотношения в горючей смеси; безопасность в работе
в отношении обратного удара пламени, что обеспечивается за
счет повышенного давления горючего (не менее 0,5 ати) и ра-
венства давлений горючего и кислорода на входе в резак, это
исключает возможность перетекания газа из одного канала в
другой при засорении отверстий мундштука.
Глава XVI
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ КИСЛОРОДНОЙ
РЕЗКИ
1. МЕХАНИЗМ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
При кислородной резке стали .на границе раздела твердой фа-
зы (железа) и газовой окислительной фазы (кислорода) проис-
ходит стационарное протекание реакции горения железа. Ста-
ционарность протекания процесса горения (его непрерывность)
обусловлена равенством скоростей образования и удаления
окислов от поверхности горения, так как наличие пленки окис-
лов значительной толщины может задержать и даже полностью
приостановить реакцию между железом и кислородом (прекра-
щение процесса резки)'.
Скорость химической реакции горения определяется двумя
факторами: скоростью химического взаимодействия двух элемен-
тов и скоростью процесса диффузии, т. е. скоростью перемеще-
ния реагирующих элементов в зону реакции. При кислородной
резке стали в условиях стационарного горения поверхность го-
рящего железа не может быть освобождена от пленки окислов
и кислород будет поступать к поверхности горения только пу-
тем диффузии через слой окислов, оказывающих ему сопротив-
ление; при этом самой медленной стадией всего процесса, опре-
деляющей его скорость, является диффузия кислорода через
окисную пленку. Скорость резки в целом увеличивается с умень-
шением длины пути кислорода от струи к сжигаемому металлу.
Процессу резки (горения железа) должно обязательно пред-
шествовать расплавление железа. Поверхность твердого желе-
за в процессе его горения покрыта жидкой пленкой расплавлен-
ного железа и пленкой окислов (продуктов реакции), а также
газовой пленкой, состоящей из продуктов сгорания элементов
подогревающего пламени и инертных газов, являющихся приме-
сями режущего кислорода.
В результате окисления железа происходит образование его
окислов, преимущественно FeO и Fe3O4.
260
2. НАУГЛЕРОЖИВАНИЕ МЕТАЛЛА НА КРОМКАХ РЕЗА
При резке малоуглеродистых сталей происходит науглерожи-
вание кромки реза, причем с углублением кислородной струи в
металл концентрация углерода на поверхности возрастает и до-
стигает максимума в зоне выхода струи режущего кислорода.
Протекающие на поверхности кромки - фазовые превращения
аналогичны процессу закалки. Степень науглероживания сильно
зависит от наличия грата, на нижней поверхности разрезанного
листа. При образовании сплошной массы грата на нижней по-
верхности реза (зашлаковывание реза) степень науглерожива-
ния будет наибольшая, а при безгратовой резке — наименьшая.
Различная степень науглероживания, получающаяся в зави-
симости от режима резки и по толщине листа, дает возможность
объяснить причину этого явления. Науглероживание металла в
процессе резки происходит за счет взаимодействия содержащих-
ся в шкале науглероженных частиц металла с жидкой пленкой
металла на кромке реза. Поэтому при образовании грата на
кромках затрудняется вытекание струи шлака из разреза и
увеличивается время соприкосновения шлака с поверхностью
разреза, что приводит к увеличению науглероживания.
Увеличение степени науглероживания в направлении от верх-
ней поверхности листа к нижней вызвано увеличением количе-
ства образовавшихся шлаков при их стекании в том же направ-
лении. Высказанная теоретическая предпосылка подтверждается
также явлением возрастания степени науглероживания поверх-
ности реза при увеличении толщины разрезаемого металла: На-
чиная с толщины 80 мм это приводит к резкому понижению
пластических свойств металла (степень науглероживания на-
столько велика, что на гребнях бороздок образуется твердая и
хрупкая мартенситная структура).
Науглероживание кромки металла повышает твердость по-
верхности реза, что затрудняет последующую механическую об-
работку вырезанных деталей и понижает механические свой-
ства металла (пластичность, усталостную прочность й т. д.).
Однако механические свойства вырезанных деталей в значи-
тельно большей степени зависят от формы реза (острые или
оплавленные кромки) и величины «отставания» бороздок, так
так оба фактора являются концентраторами напряжения при
нагрузках. Чем острее кромки и меньше «отставание», тем хуже
механические свойства вырезанных деталей. Для улучшения пла-
стических свойств металла поверхности реза с целью снижения
твердости его структуры рекомендуется применять низкотемпе-
ратурный отпуск при 300°, который может производиться спе-
циальной однорядной многосопловой горелкой. Для улучшения
механических свойств деталей из малоуглеродистой стали, ра-
ботающих на растяжение или знакопеременные нагрузки, реко-
261
мендуют производить шлифовку кромки реза до полного удале-
ния бороздок на глубину 0,5—1,0 мм и закругление кромок ра-
диусом 1—1,5 мм.
3. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС
РЕЗКИ
Чистота кислорода. Влияние чистоты кислорода «а скорость
резки может быть объяснено из описанного выше механизма
окисления металла при кислородной резке. При стационарном
течении процесса резки образующиеся окислы непрерывно вы-
дуваются из разреза и сразу же образуются вновь, так что пе-
редняя поверхность реза постоянно покрыта слоем окислов.
Скорость резки в этом случае определяется скоростью прохож-
дения (диффузии) кислорода через слой окислов и инертных
газов к пленке жидкого железа. При использовании кислорода
недостаточной чистоты, т. е. кислорода, содержащего примесь
азота или аргона, толщина пленки из инертных газов увеличи-
вается и скорость диффузии кислорода, а вместе с ней и ско-
рость резки понижается.
Содержание инертных примесей в газовой пленке разреза
значительно выше, чем в баллоне с кислородом, так как хими-
чески связывается с железом только один кислород, а содержа-
щиеся в нем инертные примеси (азот, аргон) образуют газовый,
слой. Таким образом, пленки жидкого железа и окислов играют
как бы роль сита, которое, пропуская кислород, накапливает
инертные примеси. Этот газовый слой также находится в струй-
ном движении в непосредственной близости от поверхности
окислов, вследствие чего не происходит его значительное сме-
шение с кислородом режущей струи. Установлено, что уменьше-
ние чистоты кислорода на 1% снижает скорость резки в сред-
нем на 2О°/о.
Коэффициент скорости резки в зависимости от чистоты ки-
слорода приведен ниже:
Чистота кислорода, (по
объему) %............ 99,8 99,5 99,2 99,0 98.5 98,0 97,5 97,0
Коэффициент скорости рез-
ки .. . ..... 1,12 1,0 0,92 0,88 0,80 0,74 0,69 0,66
Помимо увеличения скорости резки, повышенная чистота ки-
слорода является необходимым условием выполнения ряда тех-
нологических приемов, например резки без грата на нижних
кромках.
Предусматривается кислород трех сортов: высшего (не менее
99,5%), 1-го сорта (99,2—99,5%) и 2-го сорта (не менее 98,5%).
При этом выработка кислорода 2-го сорта разрешается только
262
на кислородно-аргонных установках и установках с кислородны-
ми регенераторами. Получение кислорода высшего и 1-го сортов
не требует особого переоборудования кислородных станций; это
связано лишь с незначительным понижением их производитель-
ности, которое компенсируется повышением скорости резки и
качества поверхности резов. Проверка чистоты кислорода осу-
ществляется с помощью прибора, описанного в главе III первого
раздела.
При поверхностной кислородной резке уменьшение чистоты
кислорода приводит к уменьшению размеров получаемой канав-
ки ,и ухудшает качество ее поверхности.
Часто пытаются путем повышения давления кислорода ком-
пенсировать неблагоприятное влияние его низкой чистоты. Это
приводит к повышению расхода кислорода, но одновременно
и количества инертных примесей, что затрудняет процесс резки,
а эффект от повышения давления режущего кислорода частично
снижается.
Давление кислорода. Давление режущего кислорода зависит
в первую очередь от толщины разрезаемого металла и тесно
связано с диаметром канала сопла режущего кислорода. Для
увеличения скорости резки часто повышают давление кислорода,
что в определенных пределах толщин разрезаемого металла да-
ет положительный эффект. Однако при превышении оптималь-
ного предела давления кислорода скорость резки понижается
при ухудшении качества поверхности реза. Это объясняется тем,
что для резки используется значительно большее количество ки-
слорода, чем это необходимо для реакции сгорания железа в ки-
слороде. Избыток кислорода, не участвуя в процессе окисления,
служит лишь для удаления шлака из разреза.
Чем выше давление кислорода, тем больше его охлаждение
по выходе из сопла и тем больше расходуется тепла зоны оки-
сления для -его нагрева. Кроме того, неоправданное повышение
давления кислорода нарушает цилиндричность струи, вызывает
при резке ее завихрение и образование широких резов с неров-
ными поверхностями. Оптимальным давлением для резки листо-
вой стали толщиной 12—'100 мм является давлением -3—6 ати,
а при резке металла толщиной от 4 до 12 лии и выше 100 мм
рационально вести резку кислородом низкого давления.
Для контроля процесса резки в последнее время на стацио-
нарных резательных машинах устанавливаются манометры для
измерения давления режущего кислорода. Наиболее правиль-
ное представление о величине давления получается при установ-
ке манометра перед резаком. -При измерении давления кисло-
рода манометром, удаленным от резака, необходимо вводить
поправку на потери давления кислорода в шлангах, вентилях,
редукторах и т. д., так как динамические свойства кислородной
струи и расход кислорода в единицу времени находятся в пря-
263
мой зависимости только от давления кислорода перед горловым
сечением канала для режущего кислорода в мундштуке.
Мощность подогревающего пламени. В качестве горючего
для получения подогревающего пламени при резке наибольшее
применение получил ацетилен. Кроме ацетилена, в настоящее
время для резки широко применяют также природный газ, про-
пано-бутановую смесь, керосин и бензин. В настоящем парагра-
фе рассматривается только использование ац'етилена для резки.
Преимуществом ацетилено-кислородного подогревающего
пламени при резке является его высокая эффективная мощ-
ность и наиболее высокая температура по сравнению с другими
горючими, в результате чего время начального нагрева металла
до температуры воспламенения при ацетилено-кислородном пла-
мени будет наименьшее.
От ’мощности подогревающего пламени (т. е. расхода ацети-
лена в единицу времени) зависит не только длительность пери-
ода начального подогрева, но и предельнодостижимая скорость
резки (при резке небольших толщин), качество поверхности ре-
за (состояние верхних кромок, наличие грата на нижних кром-
ках и др.), а также предельная глубина прорезания (при резке
больших толщин).
При резке тонколистового металла (до (12-г—15 мм) доля по-
догревающего пламени в общем балансе тепла превышает тепло,
выделяемое в результате сгорания железа в кислороде. Поэтому
при резке тонколистового металла увеличение мощности и кон-
центрация подогревающего пламени может значительно увели-
чить скорость резки. Однако чрезмерное повышение мощности
увеличивает оплавление верхних кромок, приводит к зашлако-
выванию реза, вызывает термическую деформацию изделия и за-
трудняет отделение грата с нижней поверхности разрезаемого
листа. Поэтому при качественной резке тонколистового металла
мощность подогревающего пламени уменьшают, а скорость рез-
ки повышают за счет большей концентрации тепла подогреваю-
щего пламени. С этой целью для щелевых мундштуков делают
более узкую кольцевую щель с максимальным приближением
пламени к струе режущего кислорода. При резке как тонкого,
так и толстого металла, поверхность которого покрыта окалиКой
и ржавчиной, скорость резки ограничивается скоростью удале-
ния (расплавления) поверхностного слоя; поэтому в этих слу-
чаях необходимо более мощное подогревающее пламя, которое
расплавляет и сдувает поверхностную пленку окалины в про-
цессе резки.
При резке стали больших толщин скорость резки ограничи-
вается скоростью окисления, т. е. расходом режущего кислоро-
да, а удельный вес тепла, вносимого подогревающим пламенем,
в общем тепловом балансе резки невелик. Однако роль подо-
гревающего пламени и в этом случае весьма существенная. Пла-
264
мя при резке металла больших толщин регулируется таким об-
разом, чтобы увеличить длину его факела и получить равномер-
ное выделение тепла по всей длине пламени. Это достигается
применением подогревающего пламени с избытком ацетилена.
Удлинение факела уменьшает оплавление верхних кромок реза,
лучше подогревает нижние кромки и струю режущего кислорода,
увеличивает жидкотекучесть шлака в нижней части реза; все это
способствует увеличению глубины прорезания и уменьшению от-
ставания режущей струи.
При резке листов со скосом кромок мощность подогреваю-
щего пламени должна быть увеличена, потому что наклонное
положение факела подогревающего пламени резко снижает ин-
тенсивность нагрева.
Так как в большинстве случаев роль подогревающего пламени
сводится в основном к нагреву места начала реза до темпера-
туры воспламенения металла в кислороде, то в целях экономии
ацетилена в процессе резки предлагаются многочисленные кон-
струкции приставок-экономизаторов, позволяющих после завер-
шения начального подогрева и пуска струи режущего кислорода
автоматически уменьшать подачу ацетилена; при этом возможна
экономия ацетилена на 30—5О°/о по сравнению с общеприняты-
ми в настоящее время нормами. Однако при правильном веде-
нии процесса и заинтересованности резчика в экономии ацети-
лена таких же результатов можно добиться, применяя резку с
заметным избытком кислорода (соотношение между кислородом
и ацетиленом в горючей смеси берется равным >1,5-г-1,9), когда
пламя обладает наибольшей тепловой эффективностью. Если
при постоянном расходе кислорода в подогревающем пламени
уменьшить расход ацетилена, то повышение тепловой эффектив-
ности пламени за счет увеличения соотношения в смеси кислоро-
да к ацетилену компенсирует до определенного предела сниже-
ние эффективности нагрева, вызванной уменьшением расхода
горючего в пламени.
Таким образом, необходимость в применении специальных
приставок-экономизаторов отпадает, время начального подогре-
ва при этом остается такое же, как и при нормально отрегули-
рованном пламени.
Время нагрева металла до температуры воспламенения в зна-
чительной мере зависит от длины ядра пламени и расстояния
мундштука от поверхности металла. Наибольшая температура
пламени имеет место в ее средней зоне, т. е. в непосредственной*
близости от ядра. Поэтому в многосопловых мундштуках реко-
мендуют устанавливать мундштук так, чтобы расстояние от кон-
цов ядер до поверхности металла не превышало 1,5—3 мм. Столь
малое расстояние между мундштуком и металлом снижает ус-
тойчивость процесса резки, так как повышается вероятность за-
сорения отверстий подогревающего пламени мундштука, и требу-
265
от наличия правленых листов или специальных плавающих 'уст-
ройств для резаков. Применение щелевых мундштуков, у кото-
рых подогревающее пламя максимально приближено к струе ре-
жущего кислорода, позволяет получать пламя, имеющее вытяну-
тую кинжальную форму, с большой длиной зоны высоких
температур. Этому способствует и увеличение длины
цилиндрической части выходных каналов для смеси газов
подогревающего пламени в мундштуке. Поэтому для щелевых
мундштуков можно увеличить расстояние между мундштуком и
разрезаемым металлом до 8—12 мм.
Принято считать, что, помимо начального подогрева металла,
тепло подогревающего пламени при установившемся процессе
резки расходуется на нагрев впереди лежащих слоев металла до
температуры воспламенения и на покрытие потерь, возникающих
в результате теплопроводности, лучеиспускания и конвекций.
Однако, как показали последние исследования, устойчивое проте-
кание процесса резки можно также достичь и за счет тепла, вы-
деляемого при окислении железа кислородом, без использова-
ния тепла подогревающего пламени. Для этого приходится уве-
личивать расход режущего кислорода и применять искусственное
завихрение (турбулизацию) газового потока, приводящую к ин-
тенсификации процесса окисления металла и создающую особую
пленку расплавленного шлака, которая, двигаясь перед струей,
разогревает лежащие впереди участки металла.
Скорость резки. При кислородной резке существует прямая
зависимость между скоростью и толщиной разрезаемого метал-
ла. Иногда считают, что при малой скорости резки можно полу-
чать более чистые резы. В действительности же имеет место об-
ратное явление. При малой скорости поверхность резов имеет
глубокие борозды и вырывы, а верхние кромки реза получаются
оплавленными. Надежным признаком определения правильной
скорости резки является выход непрерывной струи шлака и пучка
искр с обратной стороны линии реза, направленных почти пер-
пендикулярно к поверхности разрезаемого металла. В этом слу-
чае резка идет с небольшими отставаниями и получается хорошее
качество поверхности реза. Если скорость резки мала, то выте-
кающий непрерывной струей шлак выбрасывается в направлении
резки. При слишком большой скорости резки шлак вытекает не
непрерывной струей, а вначале скапливается на нижних кромках
листа, затем стекает с него в виде крупных капель в сторону, про-
тивоположную направлению резки.
При нормировании работ по кислородной разделительной
резке необходимо учитывать назначение детали и состояние по-
верхности металла, подлежащего резке. В ряде случаев целесо-
образно уменьшать техническую скорость резки, если при этом
обеспечивается такое качество поверхности реза и точность вы-
резки, которые позволяют отказаться от дополнительной механи-
266
ческой обработки или от ручного труда, затрачиваемого на ПОС«
ледующее удаление грата. Наоборот, в случае, когда вырезаемые
детали должны быть подвергнуты последующей механической
обработке, поверхность реза может быть невысокого качества.
В этих случаях можно значительно увеличить скорость резки и
снизить удельный расход газов на единицу длины реза.
По-видимому, целесообразно ввести в практику производства
классификацию кислородной разделительной резки в зависимо-
сти от требований, предъявляемых к точности вырезки и качест-
ву поверхности вырезаемой детали. Это дало бы возможность
дифференцировать скорости резки. Основными характеристиками
качества поверхности при разделительной резке следует считать:
1) состояние верхней кромки реза (степень ее закругления) ;
2) степень сцепления шлака (грата) с нижней кромкой; 3) рав-
номерности ширины реза по всей толщине разрезаемого метал-
ла; 4) 'величину искривления бороздок на поверхности реза (от-
ставание); 5) количество и размеры местных выхватов на по-
верхности реза.
Учесть все характеристики чрезвычайно сложно, поэтому ка-
чество поверхности обычно оценивают только по некоторым ха-
рактеристикам, в частности по величине отставания. В табл. 37
представлена классификация качества поверхности реза в зави-
симости от назначения вырезанных деталей и величины отстава-
ния.
Таблица 37
Классификация качества поверхности реза
Класс качества резки 1 1 11 ш IV
Назначение Чистовая вы- Чистовая Резка деталей с Вырезка
вырезанных де- резка фасонных вырезка прямолинейными фасонных
талей (изделий) деталей (без последующей механической обработки) деталей с прямоли- нейными кромками кромками, не тре- бующих высокого качества поверхно- сти (без последую- щей механической обработки) прямоли- нейных деталей с припуска- ми на строжку
Допустимое отставание ли- ний реза (% от толщины) 10 20 25-30
Коэффициент скорости резки 0,75 1.0 1,2 1,35
Эта таблица не характеризует полностью качество поверхно-
сти реза. Практически следует считать целесообразным создание
на каждом предприятии эталонов качества резки, так как в этом
случае при оценке резов учитываются конкретные требования к
деталям, предъявляемые на данном предприятии.
267
4. КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ БЕЗ ГРАТА
НА НИЖНИХ КРОМКАХ
Эффективность кислородной резки стали значительно сни-
жается вследствие необходимости очищать грат с нижних кро-
мок реза, особенно при резке тонколистовой стали и стали сред-
ней толщины с относительно высокими скоростями резки. По
данным различных заводов на эту операцию затрачивается от
20 до 70% рабочего времени. Так, на Коломенском тепловозо-
строительном заводе на этой операции занято 14 рабочих при
Двухсменной работе, несмотря на некоторую механизацию про-
цесса (очистка мелких деталей от грата во вращающихся бара-
банах). Кроме того, для очистки кромок все детали приходится
кантовать, а при кантовке тяжелых деталей загружаются мосто-
вые краны.
В настоящее время разработаны и практически проверены ос-
новные рекомендации и режимы по безгратовой резке стали. По-
лучению резов без грата способствуют:
1. Повышенная чистота кислорода (99,5%); минимально воз-
можная мощность подогревающего пламени; оптимальный рас-
ход режущего кислорода, зависящий от толщины металла, т. е.
все те условия, которьц. обеспечивают максимальное окисление
металла, переходящего в шлак.
2. Направление и давление струи режущего кислорода, при
которых струя шлака, вытекая из разреза, не затекает назад
на кромки уже образовавшегося разреза; это обеспечивается рез-
кой с относительно небольшими отставаниями или применением
резака с угловой головкой.
Режимы резки, обеспечивающие получениерезов без грата на
нижних кромках для стали толщиной от 3 до 100 мм, приведены
в табл. 38. Эти данные относятся к резке при использовании кис-
лорода высшего сорта, однако для металла толщиной 8—12 мм
можно получать рез без грата на нижних кромках, используя
кислород 1-го сорта, а для металла толщиной более 12 мм —
также и 2-го сорта, при этом скорость резки снижается (см.
стр. 262).
Делались попытки освоить и ручную безгратовую резку. Ока-,
залос^, что качество и производительность резки в этом случае
сильно зависят от квалификации резчика. При ручной резке не-
сколько увеличиваются мощность подогревающего пламени и
давление режущего кислорода (на 6-^35%).
Уменьшение сцепления грата с нижней поверхностью листа
достигается при замене ацетилена другими горючими замените-
лями ацетилена (керосин, пропан, городской газ) с такой же теп-
ловой мощностью.
При прямолинейной резке и резке по плавным контурам с боль-
шими радиусами малоуглеродистой листовой стали толщиной от
268
Режимы без!ратовой резки стали
1 Расход горючего газа (м')час) при работе на г природном газе о Ю иО Ю UO Ю LO 1 I 1 1 1 I I СО СО о о о о о о о
' пропано- 1 бутане ю со m иО Ю UO LQ ИО о" о о о о о о II I I 1 1 1 см СО со со го со со о o' o' о о" о о
| ацетилене 1 О О-—- О/-S о О^-ч О ж-ч о -~ч о о см о сч осч о см о см о см о о*-< о — о —• о" — о —< О —< 1 II 1 1 II II 1 1 II О ОО ОО ОО ОО ОО оо -4J- тЗ» - Tf - - ТГ - TfATf* * -о -о -о -о -о -о О О'-—' О''-" О'-- О4-" О'— О'—
Номера наружных мундштуков при резке на природ- ном газе со *f *'?* -4?* ’’f
, пропа- но-бу- 1 тане СО ’ф ’'f М"' тг -f Tt-
1 ! ацети- лене со" со" со СО4 СО4 со' С'Г см* сТ см" оГ см
wnw’/игп' ‘им -sad чхэобояэ , о о о О о о о о со о Ш О о Ю ”5Г со со со см сч 1 1 1 1 Г 1 1 о о о о о о о Tf см см СО сч СО с£> Ф Ю 00 со см см
‘Birod -окзим олатп -КЖЭ(1 tfOXZJBJ LQ о ю о ОО Tf U-0 со СГ> Гч. -tf о — см со о" о ~
nwv ‘eirodou- -эия олдТпАм -ad эинэь-яв^ рч. (ч- Гч. О О ио Ю — т— со СЧ UO гг ю
вхХыпднКм ojaHHodi -Анн йэноц — сч СМ со со rf
Толщина разрезае- мого металла, мм ю о о о о о о «•— см со Ю <30 о
269
3 до 20 мм резы без грата можно получить и при использовании
кислорода обычной чистоты (98,5-г-99,2%), если струю режущего
кислорода и факел подогревающего пламени направить под уг-
лом 45±10°, как это показано на рис. 103. При этом скорость
резки без грата получается такая же и даже несколько выше,
чем при использовании кислорода повышенной частоты. Скорость
резки в этом случае можно еще более увеличить, если по усло-
виям резки можно допустить грат на кромке, идущей в отход. В
производственных условиях встречаются случаи, когда образо-
вавшийся на кромках грат не является препятствием для даль-
нейшего использования деталей. В этих случаях можно увели-
разрезаемого металла при резке резаком с уг-
ловой головкой
чить скорость резки более чем на 80% по сравнению с рекомен-
дованными для режима резки без грата скоростями, приведен-
ными в табл. 38. На многих заводах повышение скорости дости-
гается при угле наклона к поверхности разрезаемого металла в
60—75°. Наклон резака под 45°, позволяющий получать макси-
мальные скорости резки, на этих заводах не применяется, вслед-
ствие происходящего при этом засвечивания факелом подогрева-
ющего пламени разметочной линии, что затрудняет контроль точ-
ности соблюдения размеров во время резки.
5. ПАКЕТНАЯ РЕЗКА
Наряду с многорезаковой резкой на некоторых предприятиях
для повышения производительности применяют пакетную резку
сталей. Сущность этого процесса заключается в том, что разреза-
емые листы, число которых при малой толщине достигает 20—
50 мм, укладывают в пакет и разрезают за один проход ре-
зака.
270
. Существуют два способа пакетной резки с применением режу-
щего кислорода высокого и низкого давления. Резка кислородом
высокого давления требует плотного прилегания листов друг к
другу. Например, на Ждановском заводе им. Ильича в пакете
одновременно обрезаются кромки десяти листов толщиной 9 и
11 мм, шириной 2100 мм, длиной 8900 мм. Для этой цели листы
прижимаются снизу к верхней поперечной траверсе шестью пнев-
матическими цилиндрами общим давлением 30 т, обеспечиваю-
щим плотность прилегания листов и позволяющим осуществлять
резку пакета толщиной 90—НО мм.
На Коломенском тепловозостроительном заводе для пакет-
ной резки деталей из листов толщиной 4 мм (суммарная толщи-
на пакета 40—50 мм) используются отходы металла от вырезки
более крупных деталей (площадь карточки приблизительно
500x500 мм), которые предварительно прессуются и прихватыва-
ются сваркой с 3—4 сторон. Из одной карточки вырезают 5—6
деталей. В точках начала реза каждой детали высверливают от-
верстия диаметром 8—10 мм. При пакетной резке тонких листов
обычно оплавляется верхний лист пакета вследствие излишней
мощности подогревающего пламени и нижний лист — за счет
теплоты стекающего шлака. Во избежание оплавления верхне-
го листа на многих предприятиях сверху пакета кладут более
толстый лист или полосу; то же самое делают и для предохране-
ния нижнего листа. Однако применение в качестве горючего га-
зов— заменителей ацетилена уменьшает оплавление верхнего
листа; в этом случае нижний лист после удаления грата с его
нижней поверхности также имеет вполне удовлетворительное ка-
чество поверхности реза. Остальные детали, вырезанные из ли-
стов, находящихся в середине пакета, имеют хорошее качество
поверхности реза, без грата на нижних кромках и легко отделя-
ются друг от друга после вырезки. В случае, если листы не плот-
но прилегают друг к другу, то в образовавшийся зазор при рез-
ке может затекать шлак, а на поверхностях реза, смежных с за-
зором деталей, получается вырыв (свищ). Скорость резки и дав-
ление режущего кислорода устанавливаются в зависимости от
суммарной толщины пакета и примерно соответствуют скорости
и давлению соответствующей толщины металла при обычной кис-
лородной резке.
Основным недостатком пакетной резки кислородом обычного
(высокого) давления является необходимость плотного прилега-
ния друг к другу листов в пакете. Менее жесткие требования к
зазорам предъявляются при резке кислородом низкого давле-
ния. В этом случае допустимы зазоры между листами в преде-
лах I—4 мм.
Особенность пакетной резки кислородом низкого давления со-
стоит в том, что при относительно медленном истечении кисло-
родной струи из режущего сопла медленно стекающий по кром-
27
кам листа шлак образует перемычки в зазорах между отдельны-
ми листами и поддерживает непрерывное окисление металла по
всей толщине пакета. Давление режущего кислорода перед ре-
заком при этом не превышает 2 ати.
Небольшие местные зазоры допустимы и в том случае, если в
зону реза вместе с режущим кислородом поступает железный
порошок, за счет которого получается необходимое для непре-
рывного процесса окисления количество шлака.
Однако при пакетной резке толстого металла (свыше 15 мм)
при обычном (высоком) давлении режущего кислорода количест-
во образующегося шлака достаточно для резки листов с зазора-
ми между ними в 5—10 мм. Например, на Коломенском теплово-
зостроительном заводе способом пакетной резки с высоким дав-
лением кислорода производят раскрой листов толщиной 16 мм
на карточки; в пакет укладывается обычно шесть листов, т. е.
суммарная толщина пакета составляет 96 мм.
Режимы резки следующие: диаметр горлового сечения мунд-
штука 2,0 мм; давление кислорода в сети 8 ати; скорость резки
150—200 мм/мин. Листы перед резкой правятся на правильных
вальцах и скрепляются в пакете несколькими струбцинами. По-
лучаемое качество поверхности реза удовлетворительное.
При применении пакетной резки трудовые затраты снижают-
ся в 2—3 раза; почти в той же пропорции сокращается расход га-
зов подогревающего пламени, что существенно при резке с ис-
пользованием дорогого ацетилена.
6. РЕЗКА СТАЛИ БОЛЬШОЙ ТОЛЩИНЫ
Толщина металла свыше 200—300 мм считается большой.
Особенности резки стали большой-толщины следующие:
1. Недостаточный подогрев стали в нижних слоях замедляет
сгорание металла в этой части реза. Для лучшего подогрева ниж-
них слоев необходимо, чтобы подогревающее пламя имело боль-
шую длину. Это достигается применением пламени с горючими
газами — заменителями ацетилена, имеющими большой факел
(особенно водород) или использованием ацетилено-кислородного
пламени с избытком ацетилена.
2. Ширина реза обычно не одинакова по толщине металла и
значительно увеличивается в нижней части. Поэтому стремят-
ся создать кислородную струю цилиндрической формы на участ-
ке длиной, превышающей толщину металла.
3. С увеличением толщины металла сильно снижается хими-
ческая активность режущего кислорода в нижних слоях вследст-
вие перемешивания его с продуктами горения подогревающего
пламени. Поэтому струя режущего кислорода должна быть мак-
симально «успокоенной».
Последние два фактора (цилиндричность струи и ее макси-
мальная успокоенность) обеспечиваются при резке кислородом
низкого давления, когда струя не расширяется и избыточное дав-
ление режущей струи, выходящей из сопла, равно давлению ок-
ружающей атмосферы. Резку стали большой толщины возможно
производить и при высоком давлении режущего кислорода, ког-
да длинная струя создается повышением рабочего давления (до
25 ати). На установке УБТ-600 таким образом можно разрезать
металл толщиной до 600 мм. Однако высокое давление кислоро-
да требует применения специальных бронированных шлангов, а
также питания резаков от баллонов, поскольку в заводских се-
тях давление кислорода не превышает 10 ати. Это приводит к
большому недоиспользованию емкости баллонов. Поэтому в на-
стоящее время резку больших толщин (до 1500 мм) производят
кислородом низкого давления.
При резке кислородом низкого давления большая устойчи-
вость и экономичность процесса, а также более высокое качество
реза получаются при использовании либо сужающе-расширяю-
щихся сопел плавного профиля (резаки Р-100-1, Р-100-2), либо
сопел простой цилиндрической формы, без расширения на выходе
(установки ПМР-600, УРР-600). Для нормального протекания
процесса разделительной резки стали больших толщин не тре-
буется, чтобы струя обладала очень большой кинетической энер-
гией и сверхзвуковой скоростью. При малых скоростях истечения
кислорода из сопла каждая частица кислорода получает возмож-
ность длительно соприкасаться с поверхностью разрезаемого ме-
талла, что уменьшает бесполезные потери кислорода при одно-
временном снижении количества тепла, уносимого из разреза
избыточным кислородом, не участвующим в реакции.
Для резки стали большой толщины используются установки
ПМР-600 (для машинной резки) и УРР-600 (для ручной резки)
конструкции ВНИИАВТОГЕН и резаки Р-100-1, Р-100-2 кон-
струкции Киевского политехнического института. Основными
конструктивными особенностями этих установок являются:
1. Больший диаметр горлового канала мундштука режущего
кислорода, что обеспечивает подачу необходимого количества
его при давлении перед соплом 0,6—2,0 ати-
2. Прямолинейность кислородоподводяшего канала на дли-
не, равной не менее 30 диаметрам горлового отверстия и соос-
ность его с горловым отверстием мундштука. Соблюдение этого
условия приводит к увеличению длины машинного резака и вы-
соты головки ручного резака.
3. Необходимость (при машинной резке) регуляторов скоро-
сти, обеспечивающих перемещение резака со скоростью 40—
150 мм!мин.
При проведении резки листов больших толщин нужно обра-
щать внимание на правильность врезания кислородной струи в
18-956 273
металл, что в значительной степени определяет успех резки. Во-
преки установившейся практике начинать перемещение резака
следует лишь после того, как металл прорезан насквозь, при
резке стали большой толщины следует одновременно с пуском
режущего кислорода начинать перемещение резака вдоль ли-
нии реза. Если в момент врезания кислородной струи металл не
сразу прорезается на всю толщину, то не следует уменьшать
скорость перемещения резака или совсем прекращать его пере-
мещение, так как при этом количество шлака, образующегося
в единицу времени, уменьшается и процесс резки мож^т пре-
кратиться.
При чрезмерно большой скорости перемещения резака обра-
зуется большое отставание линий реза, приводящее в дальней-
шем к непрорезу. В начальный момент мундштук должен быть
установлен вертикально или с незначительным углом наклона
(4-—5°) в сторону, противоположную направлению резки, так
чтобы струя режущего кислорода на '/з своего диаметра высту-
пала за кромку. По мере приближения к концу реза необходимо
наклонять мундштук в сторону перемещения резака, чтобы
струя режущего кислорода вначале прорезала нижнюю часть
болванки.
7. ВЫПОЛНЕНИЕ РЕЗКИ
Подготовка металла к резке. От подготовки металла к резке
в значительной мере зависит качество поверхности резов и точ-
ность размеров вырезаемых деталей. Основными операциями при
подготовке металла являются правка и очистка листов перед
резкой.
Правка листов перед резкой необходима для получения
деталей с заданными размерами, так как при последующей прав-
ке размеры изменяются. Обычно правка производится на специ-
альных правильных пяти-семивалковых вальцах. При использо-
вании трехвалковых вальцов после первого пропуска листа он
приобретает некоторую кривизну, поэтому его пропускают вто-
рой раз, предварительно повернув нижней стороной вверх. 1
Очи стк а поверхности разрезаемого металла обязательна,
так как при наличии загрязнений не только ухудшается качество
поверхности резов, но и затрудняется выполнение резки, посколь-
ку плотные слои прокатной окалины или ржавчины вызывают
прекращение процесса резки. Поверхность разрезаемого метал-
ла очищают абразивными кругами, пескоструйными аппаратами
или специальными горелками. Наиболее рациональным способом
очистки является химическая обработка (травление) листов пе-
ред резкой. Этот способ нашел широкое распространение в судо-
строительной промышленности, а также при очистке листов, ис-
274
пользуемых в дальнейшем для кислородной резки в поточном
производстве. Например, на заводе «Компрессор» травление,
промывка и нейтрализация металла производится в пяти ваннах.
Листы укладываются на специальную кассету — контейнер емко-
стью 10 т, которая на самоходной тележке подается в примыкаю-
щее к складу травильное отделение. В дальнейшем кассета с ме-
таллом передается из одной ванны в другую при помощи мосто-
вого крана и устанавливается на вторую самоходную тележку,
которая после просушки металла в сушильном отделении транс-
портирует его на промежуточный склад. Режимы химической
очистки даны в табл. 39.
Таблица 39
Режимы химической очистки стальных листов
Наименование основных операций Состав раствора Режим
Температура, град Время, мин
Травление сов- местно с обезжи- риванием Ортофосфорная кислота 98 г/л; тринатрийфосфат 50 г/л; ОП-7 (или ОП-Ю) 30 г/л; тиомочевина 5 г/л 72—75 До 60
Удаление раство- ра Вода непроточная 50-60 2—3
Промывка в го- рячей воде Вода проточная 50—60 2-3
Пассивирование совместно с ней- трализацией Нитрит наТрия 5—40 г/л; натрий углекислый 50 г/л 50-60 3—5
Сушка Горячий воздух 70—90 Цо высыхания
Пробивка отверстий. Для получения замкнутого контура при
вырезке деталей из листов толщиной до 100 мм с целью умень-
шения деформаций, нельзя начинать резку с кромки листа. Ме-
сто начала резки деталей следует выбирать на отходе металла,
отступив 20—50 мм от контура детали, а резку начинать с про-
бивки отверстия. На практике разработаны два способа пробив-
ки отверстий: а) с подъемом резака после нагрева и опусканием!
его после пробивки отверстия до оптимального расстояния ме-
жду мундштуком и металлом; б) с перемещением резака после;
нагрева при оптимально установленном расстоянии между мунд-
штуком и металлом.
В первом случае резак отводится в осевом направлении на,
величину, исключающую возникновение помех вследствие раз-
брызгивания расплавленного металла и шлака при подаче струи?
кислорода. При этом после подогрева металла до температуры
начала воспламенения расстояние между мундштуком и поверх-
18* 276'
ностью металла увеличивают до соответствующей величины, од-
новременно включая подачу кислорода. По окончании пробивки
отверстия резак опускают до оптимального расстояния. Во вто-
ром случае после достижения температуры начала плавления по-
верхности разрезаемого металла вентиль режущего кислорода
начинают-очень медленно открывать, а резак перемещают в на-
правлении резки. Поскольку образовавшаяся щель в перво-
начальный момент не является сквозной, то удаление продук-
тов сгорания происходит путем выдувания их вверх, в с'торону
противоположную направлению движения.
Сгорание металла в щели и воздействие струи кислорода 'спо-
собствуют углублению щели по мере продвижения резака в на-
Толщина металла,мм.
Рис. 104. Зависимость предельного давления и вре-
мени пробивки от толщины металла
правлении резки; наконец, струя режущего кислорода пробивает
всю толщину разрезаемого металла. Характерной особенностью
второго способа пробивки является узкая щель, небольшая дли-
на участка врезания, кратковременность процесса пробивки и от-
носительно спокойное протекание его, небольшое количество
образующихся шлаков и возможность производить вырезку дета-
лей непосредственно после пробивки отверстий. В результате
обобщения опыта завода ВНИИАВТОГЕН разработаны реко-
мендации по режимам пробивки. На рис. 104 приведены кривые
предельной величины давления режущего кислорода и времени
нарастания давления при пробивке отверстий в зависимости от
276
толщины металла. При этом способе длина участка прорезания
для толщины металла 10—100 мм находится в пределах 10—
50 мм. Осуществление пробивки при резке на листах свыше
30 мм требует от резчика специальных навыков. Поэтому в целях
защиты машинного резака от попадания на него брызг шлака и
расплавленного металла при толщине последнего свыше 30 мм
пробивку часто ведут ручным резаком; при этом резак держат
под углом к поверхности металла так, чтобы струя режущего
кислорода выдувала шлак в сторону, противоположную направ-
лению резки. При пробивке отверстий машинным резаком для
его предохранения на резаке часто устанавливают хомут с за-
щитным козырьком из жароупорной стали.
При резке с края листа после нагрева точки начала резки
включают режущий кислород и начинают медленно перемещать
резак в направлении резки до полного врезания струи, т. е. до-
стижения струей режущего кислорода нижней поверхности раз-
резаемого листа. Если врезание осуществляется без перемещения
резака, то, особенно при резке толстого металла, струя режу-
щего кислорода выдувает образовавшийся шлак и процесс рез-
ки прекращается.
8. УМЕНЬШЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ МАШИННОЙ РЕЗКЕ
Погрешности в размерах вырезанных деталей являются след-
ствием неточности изготовления газорезательной машины (ошиб-
ки копирования) либо несоблюдения технологических режимов
при резке (ошибки при учете ширины реза, нерациональный мар-
шрут резки). При современном состоянии изготовления газореза-
тельных машин ошибки копирования могут быть сведены к мини-
муму, так как точность копирования обеспечивается до ± 1 мм
на длине 10 м. Поэтому в основном причинами погрешностей при
резке являются деформации, возникающие при местном нагреве
листов. В каждом конкретном случае должны разрабатываться
мероприятия, позволяющие уменьшить деформации, возникаю-
щие при резке. Основными факторами, влияющими на величину
деформаций, являются:
1. Состояние разрезаемого листа или заготовки. При резке
листов без предварительной термообработки внутренние остаточ-
ные напряжения в листе могут складываться с тепловыми напря-
жениями, возникающими в процессе резки. Это может привести
к появлению трещин в листе.
2. Толщина разрезаемого листа. Чем толще разрезаемый
лист, тем меньше он подвержен деформации.
3. Скорость резки. Чем выше скорость резки, тем меньше на-
грев листа и детали, а следовательно, тем меньше и их деформа-
ции.
277
4. Химический состав, теплофизические и механические свой-
ства стали. Уменьшение теплопроводности (повышение содержа-
ния углерода и других примесей в стали уменьшает теплопровод-
ность) вызывает большую неравномерность нагрева и увеличи-
вает деформации.
5. Мощность подогревающего пламени. Чем выше мощность
пламени и нагрев изделия, тем больше деформации, возникаю-
щие при резке. Положительную роль в данном случае Играют
технологические приемы, уменьшающие подогрев листа в про-
цессе резки (например, резка при отношении кислорода к аце-
тилену в подогревательном пламени 0 = 1,7; применение эконо-
мизатора). Для уменьшения влияния подогрева при резке мало-
углеродистых сталей на некоторых заводах применяются резаки,
позволяющие производить охлаждение кромок водой сразу же
после резки.
6. Жесткость закрепления листа и вырезаемой детали в про-
цессе резки. Возникающие при резке деформации могут вызвать
сдвиг листа на опорах, искажение размеров и форм вырезаемой
детали. Жесткость закрепления достигается или с помощью спе-
циальных прижимов, струбцин и грузов, или особыми техноло-
гическими приемами — оставлением перемычек, началом резки
не с края листа и т. п
7. Величина и форма обрези. Обрезь должна быть более гиб-
кой, чем вырезаемая деталь. С этой точки зрения рациональнее
производить вырезку деталей из листов, размеры которых срав-
нимы по размерам с деталью, т. е. вырезать детали не из целого
листа, а из отдельных заготовок (карточек). Однако такой рас-
крой приводит к увеличению отходов металла при резке. Значи-
тельная деформация обрези нежелательна, так как может пове-
сти к искажению размеров детали.
8. Расположение опор. При резке деталей из листов большего
размера опоры должны быть расположены таким образом, что-
бы исключить возможность провисания листа и вырезаемой из
него детали между опорами.
9. Равномерность нагрева. Чем равномернее нагрев листа и
вырезаемой детали, тем меньше будет величина его деформации.
Равномерность нагрева обеспечивается выбором рационального
направления резака и последовательности движения резака.
Лучше всего равномерный нагрев достигается при одновремен-
ной резке несколькими резаками.
Практикой установлены следующие рекомендации по рацио-
нальному ведению процесса резки и получению минимальных де-
формаций:
1. Отверстия в деталях вскрываются, прежде чем режется ос-
новной контур детали.
2. Резка каждой детали начинается с кромки, имеющей на-
278
ибольшую длину реза и расположенной у края листа; резка за-
канчивается по короткой кромке или кромке с припуском.
Затем вырезаются детали, не требующие большой точности,
но имеющие сложную форму. В последнюю очередь вырезаются
наиболее простые детали, не требующие высокой точности резки,
а также мелкие детали.
3. В первую очередь, начиная от края листа, вырезаются де-
тали, требующие наиболее точного изготовления и наибольшие
по габаритам.
4. Вырезка полос (если весь лист разрезается на полосы)
производится попеременно с обеих сторон листа, начиная с
крайних.
5. При вырезке круглых деталей (фланцы, диски, наварыши)
необходимо закреплять вырезаемые детали электромагнитным
прижимом или заклинивать рез по мере выполнения резки для
того, чтобы устранить смещение начала и конца ступеньки.
6. С целью уменьшения величины деформации при резке де-
талей со сложным контуром, узких деталей большой протяжен-
ности, а также деталей, требующих высокой точности резки, же-
лательно оставлять в листе непрорезанные участки (перемычки)
с целью создания жесткого контура.
Такие перемычки обычно оставляются при вырезке деталей из
листов толщиной до 12—14 мм, с отношением длины к ширине
10 : 1 и более. При этом руководствуются следующими указа-
ниями:
1. Если при данной ширине b длина полосы I лежит в преде-
лах /Доп<^< 1,5 /доп, то перемычки следует оставлять по кон-
цам полосы (величину /доп см. табл. 40).
2. При />1,5 /доп предусматривается несколько перемычек,
так чтобы расстояние между соседними перемычками не превы-
шало /доп •
3. Если деталь имеет сложную форму, то количество перемы-
чек определяется приближенно по эквивалентному прямоуголь-
нику, построенному на базе данной детали.
4. Для деталей, расположенных с края листа, перемычки сле-
дует предусматривать с одной внутренней стороны, а для дета-
лей, расположенных в середине листа, — с внутренней или на-
ружной стороны.
5. Перемычки на кромках двух смежных деталей располага-
ются друг против друга; смещение одной перемычки по отноше-
нию к другой по длине не должно превосходить расстояния меж-
ду кромками деталей в данном месте.
В зависимости от требований к точности допускаемый прогиб
полос обычно принимается равным 1—2 мм.
В соответствии с прогибом, а также в зависимости от шири-
ны полос может быть установлена максимальная длина полос,
вырезаемых без перемычек (табл. 40).
279
Таблица 40
Размеры перемычек при вырезке детали из листа
Ширина полос, мм Максимальная длина полос (Z), вырезаемых без перемычек при допускаемом прогибе f мм
f-l мм f-2 мм
^доп llbaOn ^доп
100 14 1400 10 1000
200 15 3000 10,5 2100
300 16 4800 11,5 3450
400 17 6800 12 4800
500 . 18 9000 13 6500
600 19 Свыше 10 м 14 8400
700 21 „ 10 м 15 Свыше 10 м
Примечания. ]. Значения /доп округлены до 0,5.
2. Величины Г/& п определены с учетом минимальной ширины исходного листа при
толщине 14 жл.
Влияние толщины детали на ее прогиб в плоскости листа не-
велико, поэтому данные, приведенные в табл. 40, можно распро-
странить на детали всех толщин.
Перемычки резрезаются после вырезки из листа всех дета-
лей. Удаление перемычек обычно производится вручную после
снятия деталей с раскроечного стола машины.
Заслуживает внимания способ борьбы с искажением разме-
ров детали вследствие деформации, состоящий в том, что копиру
придают обратный выгиб на величину ожидаемой деформации, '
в результате чего размеры вырезанной детали оказываются близ-
кими к заданным.
Обратный выгиб копира возможен тблько в том случае, ког-
да точно известны направление и величина ожидаемой деформа- .
ции.
Глава XVII
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ РЕЗКИ
1. ПОВЕРХНОСТНАЯ КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА
Общие сведения. Поверхностной кислородной резкой назы-
вается процесс снятия слоя металла кислородной струей с по-
верхности обрабатываемой детали или заготовки. При поверхно-
стной кислородной резке после нагрева начальной точки реза
до температуры воспламенения металла в кислороде включают
подачу режущего кислорода и перемещают резак в требуемом
280
направлении. Образовавшийся в момент включения кислорода
шлак нагревает лежащий впереди мундштука участок металла
до температуры его воспламенения. Подогревающее пламя при
этом выполняет вспомогательную роль. В дальнейшем процесс
поверхностной кислородной резки состоит в перемещении шлака
силой давления струи кислорода по поверхности листа и сжига-
нии в кислородной струе металла, нагретого шлаком.
В результате поверхностной резки образуется канавка, шири-
на и глубина которой зависят от давления (расхода) режущего
кислорода, скорости перемещения резака, мощности подогреваю-
щего пламени, формы сопла режущего кислорода, угла атаки ре-
зака *.
Поверхностная кислородная резка получила наибольшее рас-
пространение в сталелитейном и прокатном производствах, где
она применяется для удаления местных поверхностных дефектов
в стальном литье и прокатных заготовках. В металлургической
промышленности применяется как механизированная поверхно-
стная резка (зачистка) горячего или холодного металла («огне-
вые» машины, станок СКС), так и ручная. Последний способ по-
ка наиболее распространен на заводах. Некоторое применение
поверхностная резка находит также в сварочном производстве,
где используется для Уюбразной подготовки кромок под сварку,
а также для удаления местных поверхностных дефектов в свар-
ном шве и корне сварного шва перед наложением подварочного
валика.
Аппаратура для поверхностной резки. Процесс поверхностной
кислородной резки отличается от разделительной резки значи-
тельно большим расходом режущего кислорода (до 80 ж3/час),
что обусловливает необходимость соответствующих изменений
конструкции резака (например, увеличение сечения кислородо-
провода резака и особенно канала режущего сопла), а также
вспомогательного оборудования. Обычные постовые вентили
вследствие малых размеров их проходных сечений создают очень
большое сопротивление потоку кислорода. Поэтому в кислород-
ном вентиле аппаратуры для поверхностной резки площадь
проходных сечений должна быть увеличена более чем в пять раз.
Большие расходы режущего кислорода делают малоэффек-
тивным также применение обычных кислородных редукторов.
Например, серийный редуктор РК-50 создает большие сопротив-
ления потоку кислорода, вызывающие значительные потери его
давления. В связи с этим целесообразно производить переделку
серийного редуктора, заключающуюся в рассверловке отверстий
входного и выходного штуцеров и отверстий в корпусе редукто-
ра до диаметра 8 мм. Если в этом случае не обеспечивается
* Углом атаки называется угол наклона между резаком и поверхностью
металла.
281
нужный расход кислорода, рекомендуется применять рамповый
кислородный редуктор КРР-50.
Ручные резаки для поверхностной резки отличаются от реза-
ков для разделительной резки увеличенными сечениями каналов
для подогревающего пламени и каналов сопел для режущего
кислорода, а также увеличенной длиной резака, достигающей 1 м
и более. Увеличенная длина резака вызвана необходимостью за-
щиты резчика от лучистой теплоты, выделяемой расплавленным
шлаком и от брызг расплавленного металла и шлака. На рис. 105
изображен резак РП-50, предназначенный для удаления местных
поверхностных пороков стальных слитков и фасонного литья (ра-
ковин, пузырей) и пороков чернового проката (трещин, волосо-
вин). В качестве горючего для этих резаков может быть приме-
нен как ацетилен (РПА-50), так и коксовый газ (РПК-50).
В зависимости от требований, предъявляемых к форме канав-
ки, сопла режущего кислорода могут иметь круглое, овальное
или щелевое сечение. Щелевые мундштуки получили широкое
распространение при сплошной «огневой» зачистке в механизи-
рованных установках, так как они позволяют получать широкие,
но не глубокие канавки.
Техника ручной поверхностной резки. Поверхностную кисло-
родную резку ручными резаками осуществляют следующим об-
разом. В начальный момент нагрев металла до температуры вос-
пламенения производится при наклоне режущего сопла под уг-
лом 70—80° к поверхности, металла. После нагрева металла угол
наклона резака уменьшают до 10—30°, пускают струю режущего
кислорода под давлением 3—10 ати и начинают перемещать ре-
зак со скоростью около б—10 м/мин вдоль линии намеченной ка-
навки. Условием для нормального протекания процесса резки яв-
ляется правильный выбор соотношения между скоростью резки и
расходом режущего кислорода.
При чрезмерно больших скоростях резки и чрезмерно малых
расходах режущего кислорода количество шлака, образующего-
ся при сгорании металла, оказывается недостаточным для подо-
грева металла, лежащего впереди резака, и процесс резки пре-
рывается. При слишком малых скоростях резки или очень боль-
ших расходах режущего кислорода поверхность получаемой ка-
навки становится волнистой, а образующийся в большом количе-
стве Шлак иногда заливает мундштук и гасит пламя.
Глубина канавки регулируется скоростью резки, давлением
режущего кислорода и углом наклона резака. Чем больше давле-
ние кислорода и угол наклона режущего сопла и чем меньше ско-
рость резки, тем глужбе будет канавка. При необходимости за-
чистить значительную площадь металла ручным резаком зачист-
ку производят елочкой, когда наряду с продольным движением
резак совершает также и колебательные поперечные перемеще-
ния.
282
Рис. 105. Резак РП-50 для ручной поверхностной зачистки:
клапан режущего кислорода, 2 — мундштук, 3 — защитное кольцо, 4 — рассекатель, 5 — механизм закрепления прутка
2. КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗОВ —
ЗАМЕНИТЕЛЕЙ АЦЕТИЛЕНА
Общие сведения. Целесообразность применения газов — за-
менителей ацетилена (природного газа, пропано-бутановой сме-
си) в качестве горючего при кислородной резке определяется
близкой к ацетилену скоростью резки, малой разницей в расхо-
дах кислорода, высокой производительностью, безопасностью в
эксплуатации, транспортабельностью и значительно меньшей
стоимостью и дефицитностью этих горючих по сравнению с аце-
тиленом.
Для резки газами — заменителями ацетилена можно исполь-
зовать ту же аппаратуру, что и при ацетилено-кислородной резке
с незначительными переделками ее, заключающимися в увеличе-
нии диаметров газоподводящих каналов и изменении присоеди-
нительных деталей. Увеличение диаметра газоподводящих кана-
лов вызвано необходимостью повышения расхода горючего газа
для увеличения количества подводимого к металлу тепла, что в
какой-то мере компенсирует понижение температуры пламени у
газов — заменителей по сравнению с ацетиленом. Температура
пламени природного газа в смеси с кислородом составляет при-
мерно 2200°, а пропано-бутана — 2500—2700°.
При питании аппаратуры сжиженным газом из баллона на
последнем устанавливают регулятор давления РД-1 конструкции
ВНИИАВТОГЕН или любой другой, выпускаемый для сжижен-
ных газов, или серийно выпускаемый водородный редуктор. На
ряде заводов для этих целей используют ацетиленовый или кис-
лородный редукторы. В ацетиленовом редукторе для этого заме-
няют штуцер с хомутом присоединительными деталями, изобра-
женными на рис. 106, а, б, в, г. Эти же детали годятся и для пе-
ределки кислородного редуктора для пропана. Кислородный ре-
дуктор иногда используется и без переделки,.а к нему только до-
бавляется переходный штуцер, изображенный на рис. 106, д.
Для питания резаков природным газом при отсутствии специ-
ального редуктора можно использовать без переделки водород-
ный или кислородный редуктор с переходным присоединитель-
ным штуцером.
Для ручной разделительной кислородной резки с использо-
ванием газов — заменителей применяют либо специальные реза-
ки РЗР, либо переделываются серийные ацетилено-кислородные
резаки. Как резаки РЗР, так и переделанные резаки отличаются
от ацетилено-кислородных резаков увеличенными диаметрами
каналов в инжекторе (до 0,95—1,1 мм) и цилиндрической части
канала смесительной камеры (до 2,8—3, мм).
Площадь отверстий щелевых мундштуков, приспособленных
для работы на газах — заменителях, по сравнению с площадью
отверстий мундштуков, работающих на ацетилене, должна быть
284
V Остальное
а 19 . М4У°
о)
Рис. 106. Детали для переделки ацетиленового и кислородного редук-
торов на пропановый
увеличена в 4—4,5 раза. Скорость механизированной резки при
использовании газов — заменителей обеспечивается такая же,
как и при работе на ацетилене. Исключение составляет грезка
металла толщиной 3—12 мм с большим отставанием (25—30%),
что соответствует IV классу качества поверхности реза, когда
вследствие меньшей концентрированности и более низкой тем-
пературы пламени у газов — заменителей ацетилена максималь-
ная скорость резки для некоторых конструкций резаков не пре-
вышает 700 мм/мин.
Длительность периода начального подогрева по этим же при-
чинам увеличивается в 1,5—2 раза. В связи с этим производитель-
ность резки, особенно при резке фланцев, круглого металла и
прибылей стального литья, несколько снижается. Для сокраще-
ния времени начального подогрева практикой выработано не-
сколько способов. Например, на московском заводе «Серп и мо-
лот» отрезка круглого металла происходит таким образом, что
нагрев металла ведут при открытом вентиле режущего кислоро-
да, в котором сжигают конец стального прутка диаметром не ме-
нее 5 мм. В этом случае период начального подогрева при резке
с использованием газов — заменителей ацетилена не превышает
продолжительности периода подогрева ацетилено-кислородным
пламенем.
Введение в пламя прутка меньшего диаметра, а также нагрев
его без пуска струи режущего кислорода приводят к сдуванию
получившейся капли расплавленного металла струей кислорода.
Длительность периода начального подогрева особенно увеличи-
вается при отрезке прибылей стального литья, имеющих пригар
формовочной земли в месте реза. Высокая температура плавле-
ния окислов пригара (до 2600°) затрудняет резку с использова-
нием газов — заменителей ацетилена. Поэтому на киевском за-
воде «Красный экскаватор» перед началом отрезки прибыли ее
зачищают вдоль линии реза, а для уменьшения времени началь-
ного подогрева во все прибыли и литники стального литья в оп-
ределенном месте заформовывают острое ребро. Резчик, присту-
пая к резке литья, отыскивает на прибыли острую грань и с это-
го места начинает резку. Это в три раза увеличило производи-
тельность отрезки прибылей. ,
Длительность начального подогрева сильно зависит от состоя-
ния поверхности металла; ржавчина и прокатная окалина увели-
чивают время подогрева. Для удаления окалины на Коломен-
ском тепловозостроительном заводе во время» подогрева резаку
придают круговое движение по пятну нагрева, что способствует
отделению слоя окалины от металла в месте реза. По данным
Люберецкого завода монтажных заготовок № 2 ускорение нагре-
ва достигается большей концентрированностью подогревающего
пламени, что обеспечивается применением укороченного внутрен-
него мундштука, который утоплен на 2—4 мм относительно тор-
286
ца наружного мундштука. Успешному внедрению на предприя-
тии газов — заменителей для целей резки способствуют соответ-
ствующие организационные мероприятия. Например, на одном из
судостроительных заводов при переходе с ацетилена на пропан
увеличили нормы времени в 1,2—1,8 раза, в зависимости от тол-
щины металла.
3. КЕРОСИНО-КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА
Задача замены дефицитного ацетилена решается не только
использованием газов — заменителей ацетилена, но и применени-
ем керосино-кислородного пламени для подогрева металла. Этот
способ резки нашел широкое распространение на монтажных
площадках и в судостроении, особенно в судоремонтном произ-
водстве, чему способствует небольшой вес аппаратуры, ее транс-
портабельность и возможность быстрого пуска в действие. В ка-
честве горючего используется керосин, являющийся одним из са-
мых дешевых и доступных видов горючего (стоимость 1 м3 аце-
тилена 52 коп., 1 кг керосина 4 коп.).
Наибольшая температура пламени при сгорании паров керо-
сина в кислороде равна 2500°; пределы взрываемости паров ке-
росина в смеси с кислородом от 2 до 28%, с воздухом от 1,4 до
5,5%. Пониженная по сравнению с ацетилено-кислородным пла-
менем температура керосино-кислородного пламени, так же как
и пламени газов — заменителей, объясняется тем, что при горе-
нии керосина распад его на углерод и водород сопровождается
не выделением (как у ацетилена), а поглощением тепла. Макси-
мальная температура достигается на расстоянии 2—3 мм вдоль
оси от ядра керосинового пламени. Пониженной температурой
пламени объясняется увеличение длительности периода началь-
ного подогрева. Способы сокращения времени подогрева исполь-
зуются те же, что и при работе на газах — заменителях ацети-
лена.
Наибольшее распространение для резки получили ручные
керосинорезы К-48 и К-51 (рис. 107). В керосинорезе К-51 по-
ступление кислорода и керосина регулируется вентилями подо-
гревающего 1 и режущего 2 кислорода и керосиновым венти-
лем 3. Кислород, поступающий в резак, разветвляется в нем на
два потока: режущий и подогревающий. При открытом вентиле 1
кислород поступает по инжекторной трубке 4 в смесительную ка-
меру 5. Проходя с большой скоростью через канал инжектора,
струя кислорода выходит в камеру смещения. Керосин по труб-
ке 6 поступает в ствол 7, пропитывает асбестовую оплетку испа-
рителя 8, расположенную на инжекторной трубке 4 и, подогрева-
ясь в испарителе до температуры 160—200°, в виде паров увле-
кается струей кислорода в смесительную камеру, где кислород
и керосин образуют горючую смесь. Большая часть этой смеси
287
Рис- 107. Керосинорез К-51
проходит по каналу головки к кольцевому зазору между внут-
ренним 9 и наружным 10 мундштуками, а меньшая часть отво-
дится в подогревательное сопло 11, пламя которого служит для
нагрева испарителя 12. Головка присоединяется к смесительной
камере накидной гайкой 13. Все детали керосинореза изготовле-
ны из латуни ЛС59-1, а испаритель — из красной меди М-3. С
использованием принципа испарения керосина в испарителе бы-
ли сконструированы также и машинные резаки для кислородной
резки. На базе керосинореза К-51 спроектирован керосинорез
КМР-52 для машинной разделительной резки стали толщиной от
5 до 200 мм. Для испарения керосина в керосинорезе КМР-52
применен электроподогреватель. Резак КМР-52, однако, не на-
шел широкого применения вследствие необходимости подвода к
нему электрического тока, большого веса и относительно слож-
ного ремонта.
Известна также конструкция резака РКМ-1-55 с газопламен-
ным подогревом испарителя, позволяющим применять его на га-
зорезательных машинах АСШ, АСП, ПП. Конструкция этого ре-
зака позволяет обеспечить точную центровку отверстия режущего
кислорода относительно оси магнитного пальца машины АСШ-2.
Существенными недостатками ручных (К-48, К-51) и машин-
ных (РКМ-1-55) керосинорезов является быстрое перегорание
трубки их испарителя, частое закоксовывание асбестовой оплет-
ки, неустойчивое горение пламени подогревающего сопла, боль-
шая длительность начального подогрева.
В последних образцах керосинорезов неподвижная трубка ис-
парителя заменена на поворотную, позволяющую поворачивать
ее по мере эксплуатации. Это уменьшает опасность перегорания
трубки и увеличивает срок ее службы.
В значительной степени указанные недостатки устранены в
резаках, работающих по принципу механического распыления
кислородом жидкого горючего, поступающего в головку резака
с последующим дополнительным испарением мелко распыленных
частиц в нагретом мундштуке из красной меди. Применение это-
го принципа делает излишним испаритель, асбестовую оплетку и
подогревающее сопло. На этом принципе работают (рис. 108)
машинные резаки РКШ (для машины АСШ-2), РКП (для работы
переносных машин), РКС (для резки на повышенных скорос-
тях) .
В этих резаках керосин из бачка по шлангу из бензостойкой
резины поступает через фильтр 6 и регулирующий вентиль 5 в
трубку 7, распылитель 10 и далее в головку 11 резака.
Кислород из шланга поступает в корпус 8, где, разветвляясь
по двум каналам, направляется к вентилям подогревающего и
режущего кислорода. От регулировочного вентиля подогреваю-
щий кислород поступает в трубку 4 и, проходя между стенками
трубок 7 и 4, выходит из наклонных отверстий распылителя 10.
19-956 289
Вытекая из отверстий распылителя, кислород распыляет струю
жидкого керосина. Образующиеся при этом мельчайшие частицы
керосина в смеси с кислородом направляются по цилиндрическо-
му каналу 3 в кольцевой зазор 2 между наружным и внутренним
мундштуками, соприкасаются со стенкой нагретого наружного
мундштука 12, испаряются и
в парообразном состоянии вы-
ходят из отверстий каналов
наружного мундштука. Нагрев
наружного мундштука проис-
ходит вследствие горения ке-
росино-кислородной смеси в
форкамерах 13, которыми
оканчиваются отверстия кана-
лов для горючей смеси подо-
гревающего пламени.
Режущий кислород через
соответствующий вентиль по-
ступает в трубку 9, затем в го-
ловку резака и через внутрен-
ний.мундштук 1, выходит на-
ружу.
Керосинорезы, работающие
с распылением жидкого горю-
чего, по сравнению с керосино-
резами с пламенным и элект-
рическим подогревом имеют
более простую конструкцию: у
них отсутствует асбестовая оп-
летка, трубка испарителя, по-
догревающее сопло и специаль-
ное оборудование для электро-
подогрева; на запуск таких ре-
заков затрачивается меньше
времени и керосина. Эти керо-
синорезы не требуют частых
профилактических ремонтов.
Питание аппарата кероси-
ном происходит от бачка
БЖМ-1-58, отличительными
особенностями которого явля-
ются:
а) большая емкость (20 л)
обеспечивает бесперебойную
работу двух резаков в течение
Рис. 108. Керосинорез, работающий ? час,
на распыленном жидком горючем б) регулятор
давления
290
(позволяет поддерживать равномерную подачу горючего, обес-
печивающую устойчивую работу резака);
в) большая безопасность в работе, которая достигается ус-
тановкой на бачке обратного клапана ниппельного типа для одно-
стороннего пропуска воздуха в бачок; узла отбора жидкого го-
рючего, автоматически перекрывающего доступ керосина к реза-
ку при срыве шланга и предохранительного клапана, рассчитан-
ного на сброс давления из бачка при повышении давления в нем
свыше 2,5 кг!см?.
При резке с использованием керосино-кислородного пламени
следует обращать особое внимание на предохранение кислород-
ного шланга от попадания в него пламени при обратном ударе.
Для этой цели во ВНИИАВТОГЕН разработан предохранитель-
ный клапан комбинированного действия ЛКО-1-56 (рис. 109),
Рис.
109. Клапан против обратных ударов ЛКО-1-56
сочетающий в себе подвижное конусное уплотнение 1, теплопо-
глощающую массу из латунной сетки 2 и рассекающие пламя
латунные шайбы 3. Клапан присоединяют к кислородному шту-
церу резака и на нем закрепляют кислородный шланг. В самых
жестких условиях испытаний такой клапан полностью предо-
твращал прохождение пламени в кислородный шланг.
Машинные резаки с распылением жидкого горючего с успе-
хом применяются на Коломенском заводе тяжелого станкострое-
ния на машинах АСШ-2 и ПП-2.
4 КИСЛОРОДНО-ФЛЮСОВАЯ РЕЗКА ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ
И ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ
Принцип и аппаратура кислородно-флюсовой резки. Высоко-
хромистые стали не поддаются обычной кислородной резке. Это
объясняется тем, что после первого мгновенного окисления на
поверхности металла начального участка резки образуется плен-
ка, состоящая из вязких тугоплавких окислов хрома, алюминия,
кремния и др. Эта пленка прочно держится на поверхности ме-
талла, создавая неблагоприятные условия для его дальнейшего
19* 291
окисления, что в конце концов приводит к прекращению процесса
резки.
Для непрерывного протекания процесса резки в данном слу-
чае необходимо, кроме струи кислорода, вводить в разрёз еще
добавочные вещества (флюсы), которые либо, оказывая абразив-
ное действие, сдирают тугоплавкую пленку окислов и постоянно
обнажают все новые и новые слои неокисленного металла, всту-
пающего во взаимодействие со струей режущего кислорода, либо
повышают температуру в месте разреза и тем самым делают
окислы более жидкотекучими, либо, вступая в химическое вза-
имодействие с тугоплавкими окисла ми, образуют шлаки, имею-
щий малую вязкость и более низкую температуру плавления.
Такими веществами, удовлетворяющими перечисленным тре-
бованиям, являются порошки железа, алюминия, кварцевого пес-
ка, а сам способ резки с применением порошкообразных флюсов
получил название кислородно-флюсовой резки.
В состав каждой установки для кислородно-флюсовой резки
входит емкость для хранения и транспортировки порошка (флю-
сопитатель) и резак. В зависимости от способа подачи флюса к
резаку все флюсопитатели разделяются на инжекционные, виб-
рационные и с механической подачей флюса.
Во флюсопитателе первого типа флюс из бачка подается в
инжекторно-регулирующее устройство, в которое поступает сжа-
тый газ (кислород, воздух или азот), увлекающий флюс в ре-
зак.
Флюсопитатель вибрационного типа состоит из бачка й виб-
рационного устройства. Флюс из бачка поступает в вибрационное
устройство, где подхватывается струей сжатого газа и уносится
в резак.
Третий тип флюсопитателя снабжен шнековым устройством,
при помощи которого флюс из бачка подается в головку резака.
Резаки для ручной и машинной кислородно-флюсовой резки
отличаются от резаков для обычной кислородной резки тем, что
имеют дополнительные узлы для подачи флюса. В зависимости от
схемы подачи флюса резаки разделяются на резаки с централь-
ной подачей флюса и резаки с внешней подачей флюса. В насто-
ящее время известны следующие схемы подачи флюса (рис. НО):
1. Схема с двойной инжекцией флюса, изображенная на
.рис. ПО, а. Эта схема использована в установке УРХС-3 конст-
рукции ВНИИАВТОГЕН.
Порошок из бачка флюсопитателя подается в инжекторно-
регулирующее устройство, к которому поступает кислород низ-
кого давления, увлекающий флюс в резак. Поступающий в го-
ловку резака режущий кислород инжектирует кислородно-флю-
совую смесь и, смешиваясь с последней, образует режущую
струю.
2. Схема подачи флюса под высоким давлением, используе-
292
мая в установке УФР-2 конструкции МВТУ им. Баумана. При
этой схеме (рис. ПО, б) флюс из бачка флюсопитателя инжек-
тируется струей режущего кислорода, проходящей через инжек-
тирующее устройство флюсопитателя. Далее смесь флюса с кис-
лородом по шлангу подводится к резаку и через центральный
канал мундштука поступает к разрезаемому металлу.
Установки, работающие по этим схемам, широко распростра-
нены на наших заводах.
Недостатками подобных установок являются: а) неустойчи-
вая работа, ведущая к прекращению процесса вследствие часто-
го спекания флюса при обратных ударах и его слеживания, осо-
Рис. 110. Различные схемы подачи флюса
бенно в местах резкого изменения направления флюсопровода
(на выходе из флюсопитателя, в месте встречи флюсонесущего и
режущего кислорода и др.). Особенно это имеет место в уста-
новке УРХС-3; б) большой износ участков, через которые флюс
подается под давлением режущего кислорода, особенно сопел
режущего кислорода, что наиболее характерно для установок
типа У ФР, работающих по схеме подачи флюса под высоким дав-
лением; в) малая скорость резки, которая в 1,5—2 раза ниже,
чем скорость при резке малоуглеродистой стали обычным мето-
дом.
3. Схема механической подачи флюса (рис. НО, в). По этой
схеме работают установки конструкции металлургического заво-
да «Красный Октябрь». Данная схема применяется только для
'293
подачи алюминиево-м.агниевого порошка, подача которого газа-
ми, содержащими кислород, невозможна из-за его легкой воспла-
меняемости. По этой схеме флюс подается из бачка флюсопита-
теля при помощи специального шнекового устройства в головку
резака, откуда увлекается струей режущего кислорода.
4. Схема внешней подачи флюса (рис. НО, г). Схема исполь-
зуется в установке УРХС-4 конструкции ВНИИАВТОГЕН. При
этой схеме железный порошок инжектируется воздухом, азотом
или кислородом из бачка флюсопитателя и подается к порошко-
вой головке, выходные каналы которой расположены снаружи
мундштука серийного резака для обычной кислородной резки ма-
лоуглеродистой стали. Газофлюсовая смесь, выходя из отверстий
порошковой головки, засасывается через подогревающее пламя
струей режущего кислорода и к разрезаемому металлу поступает
смесь режущего кислорода с флюсом.
Как показал опыт эксплуатации различных установок для
кислородно-флюсовой резки, наибольшая производительность и
экономичность обеспечивается при работе по схеме с внешней
подачей флюса.
Технологические особенности разделительной кислородно-
флюсовой резки. При резке необходимо, чтобы флюс воспламе-
нялся и начинал гореть ужена поверхности разрезаемого метал-
ла. Поэтому при кислородно-флюсовой резке расстояние между
торцом мундштука и поверхностью разрезаемого металла долж-
но быть значительно большим, чем при резке малоуглеродистой-
стали такой же толщины. Это расстояние зависит, во-первых, от
толщины разрезаемого металла и, во-вторых, от схемы подачи
флюса к резаку. В установках УФР-2, УРХС-3 для резки нержа-
веющих сталей толщиной до 100 мм данное расстояние колеба-
лось в пределах от 15 до 40 мм, а в установке УРХС-4 — 35—
50 мм; при резке большей толщины это расстояние увеличивает-
ся до 80 мм.
В процессе резки нержавеющей стали тепло, выделяемое по-
догревающим пламенем, должно сообщаться не только разреза-
емому металлу, но и флюсу, поступающему к месту реза со срав-
нительно большой скоростью. Если мощность подогревающего
пламени недостаточна, то нагрев металла в момент начала резки
будет также недостаточным и требуемое количество флюса пол-
ностью не сгорит, вследствие чего резка не начнется или будет
протекать неустойчиво. Практически мощность, подогревающего
пламени должна быть в два раза выше мощности пламени,
используемой при кислородной резке малоуглеродистой стали
такой же толщины.
Так как при кислородно-флюсовой резке получается большее,
чем при резке малоуглеродистой стали, количество шлака, то для
его выдувания из места разреза расход кислорода должен быть
увеличен. Поэтому внутреннее сопло для режущего кислорода
294
применяется больше на ?
один номер, чем при резке to
малоуглеродистой стали та-
кой же толщины. ч
При кислородно-флюсо- и
вой резке тонколистовой н
стали очень эффективна па-
кетная резка, так как при
этом не требуется никакой
специальной подготовки
листов, укладываемых в па-
кет; необходимо только
скрепление их в нескольких
местах во избежание взаим-
ного смещения. Допустимые
зазоры между листами со-
ставляют 2—3 мм.
Рекомендуемые режимы
механизированной резки не-
ржавеющей стали даны в
табл. 41.
Применение схемы с
внешней подачей флюса и
некоторые конструктивные
изменения (наличие циклон-
ного устройства) обусловли-
вают следующие преиму-
щества установки УРХС-4:
а) увеличивается устой-
чивость работы, так как по-
дача флюса и режущего
кислорода производятся не-
зависимо друг от друга.
Кроме того, при подаче
флюса циклонным устройст-
вом можно обеспечить точ-
ную дозировку малых коли-
честв порошка;
б) улучшается использо-
вание флюса, так как для
резки применяется более
мелкий железный порошок
с размером частиц менее
0,1 мм. Кроме того, подавае-
мый к разрезаемому метал-
лу порошок попадает пре-
имущественно на кромку, а
Примечание. Номера мундштуков приведены применительно к резакам <Пламя».
295
не в зазор, и значительно нагревается, проходя через факел по-
догревающего пламени. В результате этого расход флюса умень-
шается в 1,5—4 раза;
в) уменьшается диаметр струи режущего кислорода, так как
флюс не подается через центральный канал мундштука, что
уменьшает ширину реза в 1,5—2 раза;
г) возможность увеличения расхода режущего кислорода без
увеличения расхода флюса, меньшая ширина фронта реакции
окисления и более интенсивное флюсование окислов позволяет
увеличить скорость резки в 1,5—2 раза.
К наиболее характерным неполадкам при кислородно-флюсо-
вой резке относятся:
1. Прекращение поступления флюса. В процессе резки или
после досыпки флюса во флюсопитатель и возобновлении процес-
са может произойти прекращение поступления флюса. Это может
быть вызвано следующими причинами:
а) перегибом шланга кислородно-флюсовой смеси, в резуль-
тате чего в шланге образуется пробка. Для устранения флюсовой
пробки необходимо отсоединить шланг от резака и флюсопита-
теля и продуть шланг;
б) повышенной влажностью флюса. При небрежном хране-
нии установки или флюса возможно попадание влаги в бачок
флюсопитателя или флюсонесущий шланг, в результате чего по-
дача флюса в резак прекращается. В этом случае необходимо
просушить флюс и удалить влагу из соответствующих частей
установки;
в) содержанием во флюсе большого количества крупных час-
тиц. Перед засыпкой в бачок флюсопитателя необходимо про-
сеивать флюс через сито № 025, чтобы удалить частицы крупнее
0,25 мм\
г) недостатком флюса в бачке флюсопитателя. Минимальным
является количество флюса, при котором толщина слоя флюса в
бачке будет не менее 100 мм.
2. Резка не начинается или идет неустойчиво. Флюсоподводя-
щие трубки находятся либо не в одной плоскости с мундштуком
режущего кислорода, либо расположены по отношению к мунд-
штуку режущего кислорода под слишком большим углом, в ре-
зультате чего флюс не попадает в разрез. Следует отметить, что
установки первой серии выпуска с подачей флюса, через сопдо
режущего кислорода сравнительно просто переоборудуются в
установку, работающую по схеме с внешней подачей флюса. Для
этого нужно серийный резак для обычной кислородной резки
дооборудовать специальной оснасткой, которая может быть лег-
ко изготовлена на любом машиностроительном заводе.
Флюсы для резки. Как уже указывалось для процесса резки
высокохромистых сталей в разрез, вместе со струей режущего
кислорода необходимо подавать порошок. Роль вводимого по-
296
рошка сводится: к абразивному сдиранию постоянно образую-
щейся пленки тугоплавких окислов; повышению температуры в
разрезе в результате введения в него теплоты, выделяющейся при
сгорании порошка в кислороде; образованию шлаков, получаю-
щихся при взаимодействии порошка с окислами и имеющих ма-
лую вязкость и низкую температуру плавления.
Помимо перечисленных свойств, флюсы должны быть негиг-
роскопичными, неядовитыми и не оказывать на резчика раздра-
жающего действия, а также недефицитными и дешевыми.
Уменьшение вязкости образующихся шлаков может быть до-
стигнуто не только повышением жидкотекучести шлака, но и
введением в вязкий шлак определенного количества более жид-
котекучего шлака, т. е. разбавлением вязкого шлака. Для веде-
ния процесса резки высокохромистых сталей необходимо обеспе-
чить образование такого количества жидкотекучего шлака, при
котором общее количество окислов хрома не превышало бы 15%.
В качестве флюсов при кислородно-флюсовой резке исполь-
зуются главным образом кварцевый песок, а также алюминие-
вый, алюминиево-магниевый и железный порошки.
Кварцевый песок, оказывающий в основном абразивное дей-
ствие, нашел некоторое распространение при резке из-за своей
дешевизны и недефицитности. Иногда используется кварцевый
песок в смеси с железным порошком. Однако образующаяся при
резке кремнистая пыль вредно действует на организм резчика,
вызывая заболевание легких (силикоз), поэтому в настоящее вре-
мя применение песка при резке не рекомендуется. При сгорании
алюминиевого порошка в кислороде выделяется в три раза боль-
ше теплоты, чем при сгорании железного порошка. Однако при-
менение чистого алюминиевого (или алюминиево-'магниевого)
порошка ограничено вследствие легкости его воспламенения.
Поэтому в целях безопасности транспортировка флюса от флю-
сопитателя к резаку производится с помощью шнекового устрой-
ства, что значительно удорожает и усложняет конструкцию флю-
сопитателя.
Наибольшее распространение для кислородно-флюсовой рез-
ки получил .железный порошок. По химическому составу в за-
висимости от содержания железа порошки делятся на марки:
А — не менее 98% Fe; Б — не менее 96% Fe; В — не менее 94%
Fe. Кроме железа, в состав порошка входят: углерод — 0,15—
0,40%, кремний — 0,25—1,20%, марганец — 0,5%, сера и фос-
фор — 0,04—0,06 %.
По гранулометрическому составу железные порошки делятся
на следующие типы: ОМ (очень мелкий), М (мелкий), С (сред-
ний) и К (крупный). Для кислородной резки применяются глав-
ным образом порошки типа М с частичками размером 0,075—
0,15 мм и С с частичками размером 0,1—0,25 мм. Чем мельче
порошок, тем полнее он сгорает и тем большее количество тепла
297
ю ... оо Таблица 42 Флюсы для кислородно-флюсовой резки
Наименование флюса Состав, °/0 (по весу) Область применения
Железный порошок Песок кварцевый Алюминие- вый поро- шок Ферро- фосфор Ока- лина Алюминие- во-магние- вый поро- шок Сили- ко- каль- ций
Железистый ФХ-4 100 — — — — — Для разделительной кисло- родно-флюсовой резки высоко- хромистых и хромоникелевых сталей толщиной до 500 мм, ис- пользуемых без механической обработки, и для поверхност- ной резки
Силикатный 4 100 — — — — — Для разделительной резки высокохромистых сталей, под- вергающихся механической об- работке, и для разделки болва- нок и заготовок в габаритный лом
Железисто-силикатный ФХ-5 70—80 | 20—30 — — — — То же
Железистый ФХ-7 70-80 — — 20-30 - >
Железисто-фосфери- * стый ФЦ-3 65—70 | — __ - 30-35 — _ * _ Для разделительной резки чу- гуна толщиной до 300 мм
Продолжение табл. 42
Наименование флюса Состав, °/0 (по весу) Область применения
Железный порошок Песок кварцевый Алюминие- вый поро- шок Ферро- фосфор Ока- лина Алюминие- во магние- вый поро- шок Сили- ко- каль- ций
Железисто - алюминие- во-силикатный ФЦ-4 70—75 20—25 5 — __ Для разделительной резки чу- гуна толщиной до 200 мм и для надрезки чугуна
Железисто - алюминие- во-фосфористый ФЦ-5 70-75 — 15-20 10- 15 — — __ Для разделительной резки ла- туни, меди, бронзы
Железисто - алюмини- евый ФЦ-4 70—80 — 20—30 — — — — То же
Железисто - алюмини- ево-силикатный 70—80 15—20 5-10 — — — — >
Железисто - алюмини- евый 80—90 — 10-20 — —- — Для разделительной резки сплава «нимоник»
Алюминиево-магниево- силикатный — — — — — 25—30 70—75 Для поверхностной резки хро- моникелевых сталей
Примечания 1. Металлургическая (прокатная) окалина и кварцевый песок служат заменителями железного порошка, а квар-
цевый песок, кроме того, заменителем феррофосфора. Их использование в пределах, указанных в таблице, позволяет удешевить флюсы.
2. Предлагаемые флюсы опробованы на установках с подачей флюса через сопло режущего кислорода.
299
выделяется в разрезе. Поэтому выгоднее применять более мел-
кие порошки. Однако использование очень мелкого порошка с
частичками менее 0,1 мм может вызвать его самовоспламенение.
Поэтому в установках за рубежом, где используется в основном
очень мелкий порошок, с частичками менее 0,1 мм в целях без-
опасности для транспортировки флюса к резаку используют воз-
дух или азот.
Для кислородно-флюсовой резки чугуна и хромоникелевых
сталей, кроме перечисленных компонентов, во флюс вводят фер-
рофосфор и силикокальций с целью получения более жидкоте-
кучих шлаков.
При резке чугуна, меди, латуни и бронзы задачей флюса яв-
ляется главным образом повышение температуры в разрезе,
а также образование жидкотекучих легкоудаляемых окислов.Так
как медь, латунь и бронза очень теплопроводные металлы, то
резка их производится с предварительным и сопутствующим по-
догревом и с применением пламени повышенной мощности.
Следует отметить, что получаемое при резке чугуна, меди, ла-
туни и бронзы качество поверхности реза — неудовлетворительно
и требует дальнейшей механической обработки, если резка про-
изводится не «в лом»; скорость резки получается в 2—3 раза
меньшая по сравнению с резкой нержавеющих сталей. Составы
флюсов для резки различных металлов приведены в табл. 42.
Высокохромистые стали при кислородно-флюсовой резке пре-
терпевают структурные превращения, поэтому для уменьшения
вредного влияния этих превращений необходимо применять рез-
ку с охлаждением кромок.
В процессе резки на поверхности реза наблюдается выгорание
некоторых легирующих элементов, что приводит к потере меха-
нических и антикоррозийных свойств поверхности вырезанных
деталей. Поэтому в том случае, когда вырезанная деталь в даль-
нейшем не сваривается (при сварке металл с поверхности реза
переплавляется), необходимо подвергать ее механической обра-
ботке на глубину не менее 1,5 мм.
Глава XVIII
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКЕ
Процесс кислородной резки сопровождается значительным
искрообразованием и выделением газообразных продуктов сго-
рания, имеющих высокую температуру, а также отводом значи-
тельного количества тепла из зоны резки в разрезаемый металл
и окружающую среду. Из разреза удаляется большое количество
раскаленного шлака. Необходимый для резки кислород подается
к месту работы под высоким давлением по трубопроводам или в
300
стальных баллонах. Сжатый кислород обладает повышенной хи-
мической активностью, особенно в присутствии масел и жиров.
Перечисленные обстоятельства, при несоблюдении установ-
ленных мер предосторожности, могут привести к ряду опаснос-
тей, основными из которых являются:
1. Взрывы, вызванные разрушением баллонов, работающих
под давлением, при чрезмерном их нагреве, ударах и других на-
рушениях правил обращения с баллонами для сжатых газов.
2. Пожары, ожоги и травмы, вызванные брызгами раскален-
ного металла и каплями расплавленного металла и шлака.
3. Поражения электрическим током, возможные при отсутст-
вии заземлений, при выполнении ремонта без отключения элект-
ропитания и др.
4. Отравление продуктами сгорания горючих или токсичными
'парами металлов и их окислов при недостаточной вентиляции
или ее отсутствии и неиспользовании мер индивидуальной защи-
ты органов дыхания.
5. Профессиональные заболевания в результате попадания в
организм пыли и других частиц.
Основные требования техники безопасности, изложенные в
соответствующих правилах и относящиеся непосредственно к кис-
лородной резке, являются следующие:
1. Участки кислородной резки с числом рабочих постов более
десяти должны размещаться в зданиях, построенных из несго-
раемых материалов.
2. В закрытых помещениях должна быть обеспечена естест-
венная или механическая вентиляция, удаляющая газы и пыль
и устраняющая возможность образования в воздухе взрывоопас-
ных концентраций газов и твердых частиц (пыли).
3. При кислородно-флюсовой резке высокохромистых сталей
и цветных металлов, а также при резке обычных сталей, содер,-
жащих значительное количество марганца или цинка, следует
удалять вредные для дыхания пары металла и окислы с по-
мощью местных отсосов, располагаемых так, чтобы отсасывае-
мые газы не проходили мимо лица резчика на пути в вытяжное
устройство.
4. Если на месте производства временных работ по резке пол
сделан из воспламеняющихся материалов, то его необходимо за-
щитить от искр, капель расплавленного металла и шлака листа-
ми асбеста или листами уложенного на кирпичи железа. Допус-
кается также засыпка пола толстым слоем песка, обильно смо-
ченного водой.
5. Запрещается производить резку емкостей и трубопрово-
дов, находящихся под давлением, а также нагруженных элемен-
тов строительных конструкций.
6. Перед выполнением резки на сосудах и изделиях, бывших в
301
употреблении, необходимо убедиться, что снаружи и внутри этих
изделий нет воспламеняющихся или взрывоопасных веществ.
Необходимо помнить, что кислород в соприкосновении с маслами
и жирами, а ацетилен и его заменители в смеси с воздухом и
кислородом взрывоопасны.
7. При сильном нагреве резака, не имеющего принудительно-
го охлаждения, следует во избежание хлопков и обратных ударов
пламени прекратить резку, погасить пламя и охладить резак во-
дой до полного остывания.
8. При резке с использованием жидкого горючего следует:
а) устанавливать на входном штуцере резака предохрани-
тельный клапан;
б) заполнять бачок горючим не более чем на 3Л его объема;
в) поддерживать давление кислорода на входе в резак более
высоким, чем давление в бачке с горючим;
г) загоревшееся жидкое горючее гасить не водой, а песком,
углекислотой, пеной из огнетушителя или накрывать пламя бре-
зентом, войлоком и др.
9. Питание газорезательных машин электроэнергией должно
удовлетворять требованиям действующих правил технической
эксплуатации электроустановок промышленных предприятий.
10. Станины и раскройные столы стационарных и переносных
газорезательных машин, а также корпуса переносных машин
должны быть заземлены.
11. Перемещение переносных газорезательных машин на дру-
гое рабочее место может производиться только после отключе-
ния их от источников питания электроэнергией и газами.
Как показывает многолетний опыт массового применения
кислородной резки в промышленности, соблюдение всех требова-
ний техники безопасности полностью гарантирует сохранение
здоровья резчика и безопасность выполняемых работ по резке.
ЛИТЕРА ТУРА
Денис А. Е., Д е м ь я н ч у к А. С. К вопросу о диффузии углерода к
оплавл.енной поверхности при кислородной резке и сварке. «Автоматическая
сварка», 1955, № 3.
Боревич В. А., Звегинцева К. В., Мороз К. С. Организация
показательного сварочного производства на заводе «Компрессор». «Сварочное
производство», 1961, № 2.
Брюнн Эрих. Кислородная и электродуговая резка. Машгиз, 1957.
Васильев К. В. К вопросу о кислородном приводе газорезательных
машин. Труды ВНИИАВТОГЕН. Вып. III, 1955.
Газовая резка металла по копирным щитам с минимальными деформация-
ми. Инструкция ЦНИИТС, 1951.
Глизманенко Д. Л., Евсеев Г. Б. Газовая сварка и резка ме-
таллов. Изд. 2. Машгиз, 1961.
Гольденберг С. А., Ходажов В. Ф. Полуавтомат для вырезки
круглых фланцев. «Автогенное дело», 1950.
Гузов С. Г. Конструкции мундштуков и режимы кислородной раздели-
тельной резки. ЦБТИ машиностроения, 1958.
302
Гузов С. Г., Спектор О. Ш. Исследование разделительной резки
стали больших толщин кислородом низкого давления. Труды ВНИИАВТОГЕН,
Вып. III, 1955.
Инструкции по монтажу, обслуживанию, ремонту и испытанию после ре-
монта газорезательного оборудования и аппаратуры 7411-148—57. ЦНИИТС,
1958.
Кравецкий Г. А., Минавичев В. С. Машины для кислородной
резки за рубежом. Общее машиностроение. Об. ЦИНТИМАШ К» 3, М., 1960.
Кравецкий Г. А., Райков Н. Д. Машины для кислородной резки
с программным управлением. «Сварочное производство», 1959, № 10.
Лепейко И. П., Фридман П. Н. Использование природного газа
для газовой резки и сварки металлов. «Сварочное производство», 1959, № 8.
Механизация кислородной резки листовой стали. Сб. ЦБТИ тяжелого ма-
шиностроения. М., 1957.
Машины для кислородной резки. Руководящие материалы. Вып. I. Гос-
химиздат, 1958.
Науман В. Г. Технология газовой сварки и резки. ГОНТИ, 1937.
Некрасов Ю. И. Новая аппаратура для сварки и резки на жидком
горючем. Сб. «Передовой производственно-технический опыт». Институт тех-
нико-экономической информации АН СССР. Серия ЙО, 1956.
Нинбург А. К. Поверхностная кислородная резка. Руководящие ма-
териалы. ВНИИАВТОГЕН. Вып. 6, 1957.
Спектор О. Ш. Кислородная резка стали в установках непрерывной
разливки. «Сталь», 1956, № 11.
Спектор О. Ш. Классификация сталей по разрезаемости. Сб. «Передо-
вой научно-технический и производственный опыт». Филиал ВИНИТИ. М..
1957.
Справочник газосварщика. Под ред. акад. К. К. Хренова. Машгиз, 1957.
Спектор О. Ш. Дуговая и газовая резка нержавеющих сталей. Сб.
«Передовой и научно-технический опыт». Тема 12, № М-58-190/18 ВИНИТИ.
М„ 1958.
Спектор О. Ш., Ф о л о м к и и Б. И. Установка УРХС-4 для кислород-
но-флюсовой резки нержавеющей стали. «Сварочное производство», 1960, № 8.
Семенов А. Г. Новая конструкция мундштуков для газовых резаков.
«Сварочное производство», 1960, № 4.
Шапиро И. С. Кислородная резка металлов без сопутствующего подо-
грева. «Сварочное производство», 1960, № 10.
Цальман Л. Б., Розенман Л. Ш. Кислородная резка стали без
грата природным газом. «Сварочное производство», 1961, № 2.
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫИ
ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
Кислородная резка металлов получила широкое применение
в различных отраслях народного хозяйства. Однако кислородная
резка не является универсальным технологическим процессом,
который может быть использован для обработки различных ме-
таллов во всех случаях. Используемая для обработки малоугле-
родистых и низколегированных сталей кислородная резка не мо-
жет быть эффективно использована для разделения цветных
металлов, например алюминия и его сплавов. Между тем за
последние годы цветные металлы получили очень широкое
применение в различных отраслях народного хозяйства нашей
страны.
Кислородная резка является малоэффективной не только для
обработки цветных металлов. Плохо поддаются обработке кис-
лородной струей без применения специальных флюсов также нер-
жавеющие стали и чугун. Даже при поверхностной резке мало-
углеродистой стали значительное время, затрачиваемое на подо-
грев начальной кромки реза, снижает эффективность ее
применения, так как при этом время предварительного подогрева
часто превышает время резки.
За последние годы были разработаны и внедрены способы га-
зоэлектрической резки, которые, дополняя кислородную резку,
расширяют ее технологические возможности, позволяя произво-
дить обработку различных металлов, в том числе таких, которые
считаются трудноразрезаемыми кислородной резкой.
Общей чертой всех способов газоэлектрической резки являет-
ся то, что для нагрева и расплавления обрабатываемых металлов
используется тепло электрической дуги, а струя газа, подаваемая
на поверхность металла, устраняет основной недостаток дуговой
резки — низкую производительность и неудовлетворительное ка-
чество поверхности реза.
Воздействие газовой струи на обрабатываемый металл при
разных способах газоэлектрической резки носит различный ха-
рактер.
304
При воздушно-дуговой резке струя сжатого воздуха оказыва-
ет механическое действие на расплавляемый металл, выдувая его
из полости реза. При резке проникающей дугой цветных метал-
лов и нержавеющих сталей газовая струя, помимо удаления рас-
плавленного металла, также защищает поверхность реза в про-
цессе резки от окисления и оказывает существенное влияние на
формирование дугового разряда с соответствующими режущими
свойствами. Следует отметить высокую эффективность способов
газоэлектрической резки. Например, достаточно простой и на-
дежный способ воздушно-дуговой резки заменяет одну из наибо-
лее трудоемких операций в машиностроении — рубку пневмати-
ческим зубилом, существенно повышая при этом производитель-
ность обработки. Способ резки проникающей дугой является
наиболее производительным и экономичным способом резки цвет-
ных металлов.
В настоящем разделе дано описание этих двух способов газо-
электрической резки, получивших в настоящее время наиболее
широкое промышленное применение и обладающих наибольши-
ми перспективами.
В разделе не рассматриваются способы кислородно-дуговой
резки и резки свободной плазменной струей, производственное
применение которых в настоящее время носит довольно ограни-
ченный характер.
Глава XIX
ВОЗДУШНО-ДУГОВАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Воздушно-дуговой резкой называется такой способ электриче-
ской резки, при котором металл, выплавляемый электрической
дугой, непрерывно удаляется из разреза струей сжатого возду-
ха. Оба процесса — нагрев и расплавление металла электриче-
ской дугой и удаление расплавленного металла струей сжатого
воздуха — протекают одновременно. В отличие от дуговой резки,
при которой необходимо все время подогревать каплю расплав-
ленного металла до момента ее отрыва от обрабатываемого
объекта, что обусловливает затраты электроэнергии на перегрев
и испарение металла, при воздушно-дуговой резке расплавлен-
ный металл удаляется немедленно. Поэтому этот способ резки
не сопровождается перегревом и испарением расплавленного
металла и ограничивает теплоотвод в обрабатываемый металл.
При кислородной резке струя кислорода, интенсифицирует
рабочий процесс выделением большого количества тепла, котб-
20—956
305
рым сопровождается окисление металла, а при воздушно-дуго-
вой резке струя газа оказывает только механическое воздействие
на обрабатываемый металл — она удаляет металл, расплавлен-
ный электрической дугой. Так как электрическая дуга может
расплавить металл лишь на определенную глубину, то по диапа-
зону обрабатываемых толщин и производительности процесса
воздушно-дуговая резка уступает кислородно-ацетиленовой, но в
отличие от нее может быть использована для обработки всех тех
металлов, которые могут быть расплавлены с помощью элек-
трической дуги.
Воздушно-дуговой резке могут подвергаться как углеродис-
тые, так и высоколегированные стали и цветные металлы.
Наиболее широко воздушно-дуговая резка применяется для
поверхностной обработки металла: выплавки дефектов и подруб-
ки корня сварных швов, срезки заклепок, разделки трещин и по-
роков в отливках и т. п. Кроме того, воздушно-дуговая резка нс*
пользуется также для разделения трудноокисляемых металлов
и сплавов — нержавеющих сталей, а также некоторых цветных
металлов и сплавов ограниченной толщины.
Воздушно-дуговая резка наиболее производительна при ис-
пользовании неплавящихся угольных или графитовых электро-
дов. Использование металлических электродов, как правило, не-
целесообразно вследствие того, что обмазка этих электродов,
расплавляясь, зашлаковывает кромки реза, а также вследствие
более низкой производительности процесса, которую обеспечива-
ют металлические электроды. Воздушно-дуговая резка обычно
ведется электрической дугой постоянного тока. Большое значение
при воздушно-дуговой резке имеет правильный выбор полярно-
сти при обработке различных металлов, которая оказывает
влияние на производительность резки и качество поверхности
реза.
Дуга уголь — металл, питаемая переменным током, является
менее устойчивой, но может быть использована при воздушно-
дуговой резке в ряде случаев при соблюдении некоторых допол-
нительных мер, повышающих устойчивость горения дуги.
При воздушно-дуговой резке углеродистых и нержавеющих
сталей на постоянном токе обратной полярности получается ров-
ная и чистая поверхность реза. В то же время при обработке ука-
занных сталей на прямой полярности на кромках реза получа-
ются трудноотделимые наплывы металла и производительность
обработки снижается в 5—8 раз, Цветные металлы и чугун более
целесообразно обрабатывать на постоянном токе прямой поляр-
ности или на переменном токе.
В табл. 43 даны рекомендации по выбору соответствующего
рода тока и полярности при обработке различных металлов уголь-
ными электродами.
306
Таблица 43
Род тока и полярность при воздушно-дуговой резке
Наименование обрабаты- ваемого металла Ток Полярность Примечание
Углеродистые, леги- рованные и нержаве- ющие стали Постоянный Обратная С меньшей производитель* ностью может быть исполь- зовано питание дуги пере- менным током
Алюминий, латунь, бронза Постоян- ный, переменный Прямая Существенной разницы между постоянным и пере- менным током не наблю- дается
Чугун Переменный Прямая и обратная С меньшей производитель- ностью может быть исполь- зовано питание дуги посто- янным током прямой поляр- ности
2. ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ
Для воздушно-дуговой резки металла необходимо иметь ре-
зак, источник питания электрической дуги, сжатый воздух и
угольные или графитовые электроды. Схема присоединения ре-
зака к сварочному генератору и воздушной магистрали при воз-
душно-дуговой резке на постоянном токе показана на рис. 111.
Резаки. Для воздушно-дуговой резки используются резаки
различных конструкций, которые могут быть классифицированы.
по взаимному расположе-
нию воздушной струи отно-
сительно электрода на ре-
заки с последовательным и
кольцевым расположением
воздушной струи.
Разработанная ВНИИ-
АВТОГЕН серия резаков
с последовательным
расположением воз-
душной струи относи-
тельно электрода,в которых
сжатый воздух обтекает
электрод только с одной сто-
роны, получила наиболее
широкое применение в оте-
Рис. 111. Схема присоединения резака
к сварочному генератору и воздушной
магистрали:
/ — резак РВД-1-57, г —воздушная магистраль,
3 — сварочный генератор.
20*
307
чественной промышленности. Общий вид резака для воздушно-
дуговой резки представлен на рис. 112. Резак предназначен для
поверхностной и разделительной резки и рассчитан на длитель-
ную работу угольными электродами диаметром от 6 до 12 мм
при токе до 300 а. При кратковременной работе ток может быть
повышен до 500 а. Наряду с возможностью использования для
резки цилиндрических электродов конструкция резака допускает
также применение пластинчатых электродов.
Резак состоит из головки 1 с контактной губкой, в которой
имеются два отверстия для выхода сжатого воздуха, прижим-
ного рычага 2, посредством которого электрод прижимается к
Рис. 112. Резак РВД-1-58
контактной губке, и бумажно-бакелитовой рукоятки 3, внутри ко-
торой проходят воздухо- и токопроводы. На рукоятке расположен
запорный вентиль 4 для подачи сжатого воздуха. Для присоеди-
нения к резаку шланга от воздушной сети служит ниппель 5.
В хвостовой части корпуса резака расположен наконечник для
токопроводящего провода. Резак может резать металл только
в направлении справа налево.
Конструкция резака РВД-2-58 (рис. ИЗ) позволяет осущест-
влять как правую, так и левую резку. В контактной губке головки
сделано четыре отверстия: два в нижней и два в верхней плос-
кости головки резака. Переход от одного направления резки к
другому обеспечивается поворотом резака на 180°.
Конструкция резака РВД-2-58 разработана с учетом опыта
промышленной эксплуатации резака РВД-1-58 и его конструк-
318
тивные отличия направлены на повышение срока службы резака
и надежности его работы. Увеличенная масса токопроводящей
губки 1 позволяет использовать резак для продолжительной ра-
боты на токе до 400 а. Прижимной рычаг 2 снабжен сменной
планкой 3, которая крепится к нему тремя винтами 4. Такое
крепление сменной планки позволяет легко заменять ее при оп-
лавлении, вследствие чего весь резак не выходит из строя.
Для защиты руки резчика от излучений дуги и нагрева рас-
каленным угольным электродом имеется щиток 5. По сравнению
с резаком РВД-1-58 распорная пружина 6 удалена на большее
расстояние от головки резака, что значительно увеличивает срок
ее службы.
Техническая характеристика резаков РВД приведена в
табл. 44.
Наряду с резаками РВД в промышленности получили приме-
нение резаки с кольцевым расположением воз-
душной струи относительно электрода. Конструкции таких
резаков разработаны Центральным научно-исследовательским
институтом технологии судостроения и Уральским политехниче-
ским институтом. Для этих резаков характерно кольцевое равно-
мерное обтекание угольного электрода сжатым воздухом. С по-
мощью таких резаков возможна выплавка дефектов сложной
конфигурации, так как резка может осуществляться в любом на-
309
Технические характеристики резаков РВД
«3
Sf
-Я
«=?
О
«J
g-«
Вес резака со щитком, кг 0,8 1,0
я щит- мм В10Э1Ч8 1 130
Размер! ка, ширина 1 130 1 J
шеры *каЛ мм высота 70 1 i о
тные ра: (без шт ширина 08 I 001
Габари резака длина 340 340
Направле- ЭНН 4 П U а. Справа налево Справа налево или слева направо
Давление сжатого 1 воздуха, I 4—6 j со
иетр ?няе- , ММ CN сч
Диа1 ПОИМ( МЫХ 3 родов, <О со
« 5 5g работе,
* е «1 с S - S Q g, о жительной О о со ' 400
Максимальный 1 ок при кратко* , земенной работе, <3 500 003
Тип резака РВД-1-58 РВД-2-58
правлении по отношению к
резчику. Однако вследствие
кольцевого обтекания воздуш-
ной струей раскаленного элек-
трода наблюдается его повы-
шенный расход. Как правйло,
в резаках с кольцевой подачей
сжатого воздуха расход элек-
тродов на 30—40% выше, чем
в резаках с последовательным
расположением воздушной
струи.
Кроме того, для конструк-
ции таких резаков характерно
сильное заострение электрода
в процессе работы на конус,
вследствие чего ухудшается
качество поверхности реза. Та-
кое заострение рабочего конца
электрода в резаках с кольце-
вой подачей сжатого воздуха
особенно заметно при исполь-
зовании электродов диаметром
до 8 мм и при разделительной
резке.
В большинстве конструк-
ций резаков с кольцевой пода-
чей сжатого воздуха для креп-
ления электродов используется
цанговый зажим электрода,
вследствие чего затрачивается
больше времени на переста-
новку и закрепление электро-
да, чем в резаках с рычажным
зажимом; это является суще-
ственным недостатком указан-
ных резаков. На некоторых
машиностроительных заводах
(«Красное Сормово», Луганс-
кий тепловозостроительный за-
вод) были разработаны свои
оригинальные конструкции
воздушно-дуговых резаков, ко-
торые, однако, не получили
широкого применения на дру-
гих заводах.
Электроды. Для воздушно-
310
дуговой резки постоянным током обратной полярности исполь-
зуют угольные цилиндрические эл ектроды диа-
метром от 6 до 12 мм, длиной 250—300 мм. Эти электроды, на-
зываемые угли сварочные, в связи с централизованным массо-
вым изготовлением их, характеризуются наиболее низкой стои-
мостью. Недостатком указанных электродов является сравни-
тельно невысокая тепло- и электропроводность.
Более высокими теплофизическими свойствами обладают
графитовые электроды, которые имеют также то преиму-
щество, что более медленно окисляются в процессе работы. Это
различие в свойствах угольных и графитовых электродов сказы-
вается на их поведении в процессе резки.
Рабочий конец угольного электрода при воздушно-дуговой
резке, сгорая, заостряется на конце. Такое сгорание электрода
приводит к тому, что несколько изменяются размеры выплавля-
емой канавки—уменьшается ее ширина и возрастает глубина.
Заострение графитовых электродов незначительно, вследст-
вие чего они позволяют получать канавки с более постоянными
размерами. Эти электроды сгорают медленнее по сравнению с
угольными электродами, вследствие чего одним графитовым
электродом можно выплавить металла на 30—50% больше, чем
угольным, вследствие чего графитовые электроды являются бо-
лее производительными. Однако ввиду отсутствия массового из-
готовления графитовых электродов и вследствие их высокой
стоимости они не получили широкого использования при воздуш-
но-дуговой резке.
В качестве графитовых стержней для воздушно-дуговой об-
работки могут быть также использованы стержни, изготовляемые
из отходов электропечных электродов путем резки их дисковыми
фрезами на стержни, пригодные для воздушно-дуговой резки ме-
таллов. Поперечное сечение таких электродов обычно имеет фор-
му квадрата или прямоугольника с размерами 6X8, 8X8, 8X10,
10X10, 10X12 и 12X12 мм.
В отдельных случаях для получения широких и сравнительно
неглубоких канавок (глубиной до 3—4 мм) могут быть исполь-
зованы пластинчатые электроды шириной до 20—25 мм и тол-
щиной 3—4 мм.
При работе на переменном токе рабочий конец электродов
заостряется на конус значительно быстрее, чем при работе на
постоянном токе. Вследствие заметного уменьшения площади по-
перечного сечения электрода резко возрастает сопротивление его
рабочего участка, что приводит к значительному уменьшению
рабочего тока. Процесс воздушно-дуговой резки при этом стано-
вится неустойчивым, сопровождается частыми замыканиями
электрода на поверхность обрабатываемого металла, что приво-
дит к сильному науглероживанию поверхности реза. Заострение
электродов при работе на переменном токе происходит сильнее
311
при малом их диаметре (до 10 мм). Поэтому при воздушно-дуго-
вой резке на переменном токе следует применять электроды диа-
метром не менее 10—11 мм.
Эффективность использования угольных электродов при воз-
душно-дуговой резке может быть повышена путем покрытия этих
электродов гальваническим путем слоем меди толщиной около'
0,06—0,08 мм. Защитная медная оболочка позволяет повысить
тепло- и электропроводность и удлинить срок службы электрода.
Использование омедненных электродов особенно целесообразно
при работе на переменном токе, где защитная медная рубашка,
предохраняя стержень электрода от эрозионного износа воздуш-
ной струей, способствует меньшему его заострению и тем самым
повышает устойчивость процесса резки и качество поверхности
реза. Очень большое значение при воздушно-дуговой резке име-
ет выбор для каждого диаметра электрода соответствующей ве-
личины тока.
Для каждого диаметра электрода существует технологически
наиболее рациональный диапазон рекомендуемых токов. Этот
диапазон обеспечивает получение хорошего качества кромки ре-
за, так как науглероживание вследствие перехода углерода с ра-
бочего конца электрода в металл получается минимальным.
В этом же диапазоне тока электрод данного диаметра выплавля-
ет наибольшее количество обрабатываемого металла, т. е. обес-
печивается наиболее эффективное использование стержня элек-
трода. Величина рабочего тока связана с диаметром электрода
следующим соотношением:
I=k-d,
где I — ток в а;
d —диаметр электрода в мм;
k — коэффициент, зависящий от теплофизических свойств
материала электрода. Величина его составляет 46 —
48 а/мм для угольных электродов и 60—62 а/мм для гра-
фитовых электродов при работе на постоянном токе
обратной полярности. Таблица 45 / Режимы воздушно-дуговой резки В табл. 45 приведены реко- мендуемые значения токов при воздушно-дуговой резке элек- тродами различного диаметра. Использование токов свы- ше указанных значений спб- собствует большему разогреву стержня электрода, вследствие
Диаметр элек- трода, мм Величина тока, а
постоянного, обратной полярности перемен- ного
6 8 270 - 290 370 390 чего возрастает его расход и
— при этом возможно науглеро-
10 470—480 450—500 живание кромок реза.
12 560—580 550—600 При использовании токов ниже приведенных в таблице
312
значений снижается эффективность применения стержня элек-
трода, а при работе на переменном токе, кроме того, наблюдает-
ся значительное заострение рабочего конца электрода.
Так как при воздушно-дуговой резке на постоянном токе
обычно используются стандартные сварочные преобразователи
постоянного тока, то вследствие того, что напряжение дуги
«уголь — металл» при воздушно-дуговой резке составляет 40 —
55 в, т. е. значительно выше напряжения дуговой сварки, фак-
тическая величина рабочего тока при воздушно-дуговой резке
не соответствует значению, указанному на регуляторе преобразо-
вателя.
Обычно действительная величина тока при воздушно-дуговой
резке на 30—40% меньше значения тока, установленного на ре-
гуляторе преобразователя. Аналогичное явление наблюдается
при работе на переменном токе и питания электрической дуги от
стандартных сварочных трансформаторов, где фактическая ве-
личина тока на 40—50% меньше величины тока, установленной
по шкале регулятора трансформатора. Поэтому для контроля ве-
личины тока при воздушно-дуговой резке целесообразно вклю-
чать в цепь амперметр.
Источники питания током электрической дуги, подача сжа-
того воздуха. Провода и шланги. Для воздушно-дуговой резки
на постоянном токе могут быть использованы обычные сварочные
преобразователи постоянного тока, обеспечивающие питание ду-
ги током 300—500 а. При воздушно-дуговой резке на обратной
полярности электрод присоединяется к положительному полюсу
сварочного генератора, а обрабатываемый металл — к отрица-
тельному. Соответственно, под прямой полярностью понимается
соединение электрода с отрицательным, а металла — с положи-
тельным полюсами генератора. Стабильное горение электриче-
ской дуги для каждого диаметра угольного или графитового
электрода определяется минимально допустимой величиной тока
для электрода данного диаметра. Эта величина тока, соответст-
вующая пределу устойчивости горения дуги, выражается фор-
мулой
/ — k d
1 П. у - Кп. У W'j
где/п. у —предел устойчивости горения дуги в а;
d — диаметр электрода в мм;
fen. у —коэффициент, составляющий для угольных и графи-
товых электродов 18—20 а!мм.
Воздушно-дуговая резка требует осуществления рабочего про-
цесса при значениях тока, значительно превышающих предел
устойчивости горения дуги. Поэтому использование таких источ-
ников постоянного тока, как ПС-300, СУГ и САК.-2Г при воздуш-
но-дуговой резке нецелесообразно, так как они позволяют при-
313
314
Источники питания дуги постоянным током при воздушно-дуговой резке
Таблица 46
Тип преобразователя или агрегата Исполнение Габариты Вес, КЗ Генератор Двигатель
Длина Шири- на Высота Напряже- ние холо- стого хода, в Номи- наль- ный ток, а Пределы регулирова- ния, а Тип Мощность
ПС-600 Однокорпусный, передвижной, на колесах 1400 770 1140 960 60—90 500 120—300 300—600 Синхронный, короткозам- кнутый, АТ/2 28 кет
П СМ-1000 Стационарный, однокорпусный 1470 865 910 1700 60 1000 3 поста до 600 каждый Синхронный, короткозам- кнутый ВДЭ- 75-4 илиАВ-91/4 75 кет
АСО-2000 Стационарный, трехмашинный (два генератора и двигатель на ра- ме) 4000 980 1180 3500 68—92 1000 — ДАМ-6-114/4 115 кет
ПАС-1000 Двухмашинный, переносной на ра- ме с крышей и шторами 3920 1500 2100 4000 68-92 1000 300-1200 Дизельный 1Д6-150 150 л. с.
Продолжение табл. 46
Тип преобразователя или агрегата Исполнение Габариты Вес, кг Генератор Двигатель
Длина Шири- на Высота Напряже- ние холо- стого хода, в Номи- наль- ный ток, а Пределы регулирова- ния, а Тип Мощность
САМ-400 Стационарные, двухмашинные, на раме 1770 650 920 1450 60—90 500 120-600 Синхронный, короткозам- кнутый МАФ-82-73/4 32 кет
САМ-400-1 1980 650 940 1600 60-90 500 120—600 Постоянного тока ПН—290 32 кет
ПАС-400-VI ПАС-400-VIII Двухмашинные, переносные на раме с крышей и метал- лическими шторами 2870 880 1920 1900 65-105 500 120-400 350—600 Автомобиль- ный бензиновый ЗИЗ-120 55 л. с
АСД-3-1 АСДП-500 со СЛ 2920 1100 2100 2500 75-90 500 120-600 Дизельный ЯАЗ-204Т 60 л- с
менять электроды диаметром не более 6—8 мм при работе на
токе, не превышающем 220—240 а.
Для воздушно-дуговой резки следует применять сварочные
генераторы повышенной мощности, позволяющие использовать
угольные электроды до 10—12 мм и осуществлять процесс резки
на токе до 400—500 а. Техническая характеристика сварочных
машин постоянного тока для воздушно-дуговой резки дана в
табл. 46.
При воздушно-дуговой резке на переменном токе наиболее
устойчивым является осуществление процесса резки при питании
электрической дуги от стандартных сварочных трансформаторов
типа СТЭ-32 и СТЭ-34 с наложением на дугу токов высокой час-
тоты от осциллятора.
В случае отсутствия осциллятора воздушно-дуговая резка при
питании электрической дуги от одного сварочного трансформа-
тора происходит недостаточно устойчиво, поэтому для повыше-
ния устойчивости горения дуги при воздушно-дуговой резке на
переменном токе могут быть рекомендованы следующие меро-
приятия:
1. Работа при повышенном напряжении на дуге, обеспечива-
емая последовательным соединением двух сварочных трансфор-
маторов.
2. Использование повышенных токовых нагрузок, что обеспе-
чивается параллельным соединением двух однотипных сварочных
трансформаторов.
С точки зрения получения качественных кромок реза более
целесообразным является использование для питания дуги двух
параллельно соединенных трансформаторов, так как воздушно-
дуговая резка от двух последовательно соединенных трансфор-
маторов характеризуется более высоким напряжением дуги, что
хотя и способствует лучшей устойчивости горения дуги, но сопро-
вождается повышенным науглероживанием поверхности реза.
Схема последовательного и параллельного соединения двух
сварочных трансформаторов при воздушно-дуговой резке пока-
зана на рис. 114.
Питание резака сжатым'воздухом производится от цеховой
сети под давлением 4—6 ати. При давлениях, меньших 4 ати (до
2—2,5 ати), процесс воздушно-дуговой резки протекает доста-
точно устойчиво, однако выдувание расплавленного металла про-
исходит недостаточно эффективно, что приводит к тому, что на
кромках реза образуются трудноотделимые наплывы выплавлен-
ного металла, которые требуют дополнительного удаления. При
давлении сжатого воздуха менее 4 ати наблюдается также зна-
чительное науглероживание поверхности реза, а при давлении
менее 2 ати процесс воздушно-дуговой резки прерывается вслед-
ствие прекращения выдувания расплавленного металла воздуш-
ной струей.
316
В случае отсутствия централизованной сети для подачи сжа-
того воздуха или если давление в ней ниже 4 ати, для этой цели
могут быть использованы передвижные компрессоры производи-
тельностью 15—20 м?1час. Могут применяться малогабаритные
компрессоры с воздушным охлаждением типов О-16А, О-39А и
0-38, выпускаемые Вильнюсским заводом покрасочных аппара-
тов.
Подвод сжатого воздуха к резаку можно осуществлять по
обычным кислородным шлангам с внутренним диаметром 9,5 мм
Рис. 114. Соединение двух сварочных трансформаторов для
воздушно-дуговой резки на переменном токе:
а — последовательное, б — параллельное
и наружным диаметром 17,5 мм. Крепление шланга на ниппеле
резака следует осуществлять специальным хомутиком или мягкой
отожженной проволокой.
Электрический ток от сварочных агрегатов подводится к мес-
ту резки по изолированным проводам. Провод, присоединяемый
к резаку, должен быть легким и гибким, так как слишком жест-
кий провод затрудняет поддержание короткой дуги при резке и
утомляет резчика. Площадь сечения провода выбирается исходя
из величины тока, чтобы провод не перегревался. Не допускается
нагрев проводов свыше 50—60°. Обычно при воздушно-дуговой
резке к резаку следует прикреплять провод ПРГ или ПРГД се-
чением 25 лки2 и длиной 0,5—1 м. На остальных участках рабочей
317
цепи могут быть использованы провода марки ПР или КРПГ,
сечение которых должно соответствовать величине режущего то-
ка. Для выбора сечения провода в зависимости от величины тока
можно пользоваться данными, приведенными в табл. 47.
Применять провода длиной бо-
лее 30—40 м не рекомендуется, так
как это вызывает значительное па-
дение напряжения в цепи.
Таблица 47
Сечение провода при воз-
душно-дуговой резке
Величина тока при резке, а Сечение провода, мм
200 25
300 50
450 70
600 95
работ, выполняемых
3. ПОВЕРХНОСТНАЯ ВОЗДУШНО-
ДУГОВАЯ РЕЗКА
Воздушно-дуговая резка метал-
лов широко применяется для по-
верхностной резки, зачистки или
строжки деталей. Номенклатура
поверхностной воздушно-дуговой резкой,
чрезвычайно обширна. На рис. 115 приведена классификация
операций, выполняемых поверхностной воздушно-дуговой рез-
кой. Качество поверхности реза и производительность процесса
сильно зависят от свойств обрабатываемого металла.
Наиболее успешно и производительно этим способом обраба-
тываются различные углеродистые и легированные стали. При
их обработке поверхностной резкой за один проход можно полу-
чать канавки глубиной до 14—18 мм. При правильно подобран-
ных технологических параметрах процесса науглероживание
кромки реза вследствие перехода углерода из конца электрода
в обрабатываемый металл практически отсутствует. Увеличение
содержания углерода на поверхности реза по сравнению с содер-
жанием углерода в основном металле обычно не превышает
0,01—0,03%.
Наличие в сталях различных легирующих элементов мало
сказывается на обрабатываемости их воздушно-дуговой резкой.
Ровные блестящие стенки получаемых канавок позволяют при-
менять последующую сварку без дополнительной механической
обработки.
Количество выплавляемого металла и производительность при
поверхностной резке зависят от теплопроводности обрабатывае-
мой марки стали. Чем выше теплопроводность стали, тем выйне
отвод тепла от дуги в обрабатываемый металл и тем меньше ста-
ли выплавляется при прочих одинаковых технологических режи-
мах. Так, например, нержавеющие стали являются менее тепло-
проводными, чем углеродистые. Поэтому при одинаковых техно-
логических режимах в случае обработки нержавеющих сталей
выплавляется металла на 25—30% больше, чем при обработке
малоуглеродистых сталей.
318
Наиболее высокая производительность резки при обработке
углеродистых, легированных и нержавеющих сталей обеспечи-
вается при питании электрической дуги постоянным током обрат-
ной полярности. При питании электрической дуги переменным
током производительность резки этих сталей снижается на 35 —
40%.
Несколько хуже, чем стали, и менее производительно обраба-
тываются поверхностной воздушно-дуговой резкой чугун, цветные
металлы и их сплавы.
При обработке цветных металлов получаются менее ровные
и более окисленные кромки реза. Поверхность реза получается
покрытой темным налетом аморфного углерода и требует после-
дующей механической обработки. Поэтому в настоящее время
поверхностная воздушно-дуговая резка наиболее широко исполь-
зуется для обработки углеродистых и легированных сталей.
При поверхностной воздушно-дуговой резке угольный элект-
род в зажиме резака закрепляется таким образом, чтобы его вы-
лет (расстояние от нижней плоскости губок до конца электрода)
не превышал 100—120 мм. Затем открывается вентиль для пуска
сжатого воздуха и устанавливается резак таким образом, чтобы
угол наклона электрода к поверхности обрабатываемого металла
составлял 30—45°. После этого легким прикосновением электро-
да к металлу возбуждают дугу и равномерно перемещают резак
вдоль заданной линии реза. При этом электрическая дуга рас-
плавляет металл, а сжатый воздух, обтекающий угольный элект-
род, выдувает его, в результате чего на обрабатываемой поверх-
ности образуется канавка с ровными и гладкими стенками. По
мере обгорания электрода резчик подает его вниз, опуская резак
319
для поддержания горения дуги. Схема процесса поверхностной
воздушно-дуговой резки показана на рис. 116. Выплавленный ме-
талл частично выбрасывается воздушной струей в виде мелких
Рис. 116. Схема процесса поверхностной воз-
душно-дуговой резки
частиц на расстояние
до 3—4 ж от места го-
рения дуги, а частично
располагается по обе-
им сторонам канавки
в виде легко отделимой
пленки. Эта пленка
выплавленного метал-
ла на обрабатываемой
поверхности либо сама
отделяется от нее при
строжке неглубоких
мелких канавок, либо
легко отскакивает при
обстукивании поверх*
ности металла молот-
ком при выборке глу-
боких канавок.
После обгорания электрода на длину 80—100 мм резчик об-
рывает дугу, вновь устанавливает первоначальный вылет элект-
рода и продолжает процесс резки. На рис. 117 показаны канавки,
Рис. 117. Канавки, выплавленные воздушно-дуговой резкой
на листе малоуглеродистой стали
выполненные поверхностной воздушно-дуговой резкой на листе
малоуглеродистой стали.
Основными технологическими условиями, определяющими
форму получаемой канавки и количество выплавляемого металла
при поверхностной воздушно-дуговой резке, являются: диаметр
электрода, величина тока, угол наклона электрода и скорость
320
резки. Ширина получаемой канавки зависит в основном от диа-
метра электрода и обычно на 2—4 мм превышает его диа-
метр, т. е.
Z» = tZ + (2-5-4),
где b— ширина канавки в мм;
d — диаметр электрода в мм.
Зная требуемую ширину разделываемой канавки и пользуясь
этим соотношением, можно легко выбрать диаметр угольного или
графитового стержня. Соответственно диаметру электрода, не-
обходимого для резки, подбирают величину рабочего тока.
Скорость резки подбирается резчиком в процессе работы, ис-
ходя из требуемой глубины выплавляемой канавки. Чем быстрее
перемещается резак, тем меньше будет глубина выплавляемой
канавки и, наоборот, уменьшение скорости перемещения электро-
да увеличивает глубину канавки. При одинаковом значении тока
и скорости резки более глубокие канавки получаются при ис-
пользовании электродов меньшего диаметра.
Глубину получаемой канавки можно также регулировать за
счет изменения угла наклона электрода к поверхности обраба-
тываемого металла и скорости подачи электрода. Чем больше
угол между электродом и обрабатываемой поверхностью, тем
меньше будет ширина и больше глубина выплавляемой канавки.
Чем больше скорость подачи электрода в дугу, тем более глубо-
кой получается выплавляемая канавка. Однако при чрезмерной
скорости подачи электрода в дугу возможно соприкосновение
раскаленного конца электрода с обрабатываемым металлом и
науглероживание кромки реза. Между скоростью резки и ско-
ростью подачи электрода существует определенная зависимость.
При определенной скорости резки скорость подачи электрода в
дугу подбирается таким образом, чтобы нижний конец электрода
был видим резчику в процессе резки (рис. 118, а), т. е., чтобы
лобовая поверхность реза была вертикальной.
Рис. 118. Схемы подачи электрода при поверхностной воздушно-
дуговой резке:
а— правильно, б — неправильно
21 -956
321
При чрезмерной скорости подачи электрода на лобовой стен-
ке реза образуется козырек (рис. 118, б), препятствующий уда-
лению продуктов сгорания электрода воздушной струей. При
этом продукты сгорания электрода в виде темной пленки углеро-
да откладываются на нижней поверхности выплавляемой канав-
ки. Большое науглероживание наблюдается также при частых
замыканиях электрода с обрабатываемым металлом. Количество
металла, выплавленного при воздушно-дуговой резке, очень силь-
но зависит от величины рабочего тока. Чем больше ток, тем
большее количество металла можно выплавить за определенное
Рис. L19. Схема перемещения электрода с по-
перечными колебаниями при выплавке широ-
ких канавок
время, т. е. тем выше скорость резки,- необходимая для получе-
ния канавки с заданными размерами.
В производственных условиях, особенно при срезке литейных
наплывов, часто приходится выплавлять металл на участках,
ширина которых в несколько раз превышает диаметр применяе-
мого для резки электрода. Такие канавки могут быть выплавле-
ны при использовании цилиндрических электродов путем прида-
ния резаку поперечных колебаний относительно продольной оси
канавки (рис. 119). При таком ведении рабочего процесса воз-
можно получение канавок, ширина которых в 4—5 раз превышает
диаметр электрода.
В табл. 48 приведены ориентировочные данные о режимах по-
верхностной воздушно-дуговой резки малоуглеродистой и нер-
жавеющей стали марки 1Х18Н9Т при резке их на постоянном
токе обратной полярности.
Воздушно-дуговая резка чугуна. Большое значение имеет ис-
322
пользование поверхностной воздушно-дуговой резки для обра-
ботки чугунного литья. Использование для обработки чугуна
постоянного тока обратной полярности является малоэффектив-
ным вследствие образования на поверхности металла пленки
аморфного углерода, которая препятствует эффективному введе-
нию тепла в обрабатываемый металл.
Значительно лучшие результаты наблюдаются при воздушно-
дуговой резке чугуна на переменном токе или при обработке его
постоянным током прямой полярности. В этом слуйае на поверх-
ности металла получаются канавки с ровными гладкими стен-
Рис. Г20. Канавка, выплавленная воздушно-дуговой резкой
на чугунной плите
ками. За один проход возможно получение канавок глубиной до>
8—11 мм.
На рис. 120 показана канавка, выплавленная на' чугунной
плите воздушно-дуговой резкой на переменном токе. При обра-
ботке чугуна воздушно-дуговой резкой угольными электродами1
на переменном токе можно выплавить в течение часа около 6—
8 кг металла. Для обработки чугуна могут быть использованы
также металлические обмазанные электроды диаметром от 4 до
10 мм, но с меньшей производительностью. Стержнем электрода*
является пруток малоуглеродистой стали, который расплавляете®
в процессе резки и разжижает тугоплавкие шлаки, что облег-
чает их выдувание воздушной струей.
Техника резки металлическими электродами аналогична-
резке угольными электродами. Место зажима стального-
электрода в резаке должно быть очищено от обмазки; электрод
закрепляется в резаке так, чтобы вылет его не превышал 120 —
130 мм. При воздушно-дуговой резке чугуна металлическим^
электродами наилучшие результаты получаются при исполь-
323-
«о
Режимы поверхностной воздушно-дуговой резки стали
т
я
й
SS
ч
!<о
Удельный расход на 1 пог. м реза еж ‘axXireos охохвжэ II || 1111
h IUSX ‘иил -d9H60dXM9If6 00 tQ TfH О — N- 4“ СО Ю О b- о
•im ‘flotrodxssire 2,04 2,2 , 1.55 1,3 1,28 1,0 1,22 1 0,8 СМ ООО 00 см" —Г —< о
Удельный расход на 1 кг выплавленного металла uyf ’вхХтеоя олохвжэ см со со см о о
h • TZ/РЯ ‘иил -d9H€odx?i3ire CNO О CO co cm cm co о см см ю см см см см
•im ‘aoirodxMaifG CM CM О lQ c-Г co" cm о ю см Ю со —"
W оде ионии-г HOirodiMSire wHHiro иоиэв1гав1Г -пма ‘ияаенвя вшищ oooo CO OO О оооо СО со О г- О со •—< г—<
’вхХтсоя гохэец 1 1 18 1111
h • ‘иид -doHeodinaife iroxoed 30.5, 37,2 45,4, 54,5 68 30,5 40 37,5, 30 45,41 24 54,5
Расход электрода johjium CO о О ’Ф CO co CM
JVhlZll CO О CO ’ЧГ NOOCO ООО—* СО О СО ООО—*
‘ияявнсл enngXirj co о о CM иО Ю О см — ХГ
ПК ‘имявнвя вниёирп CO CM Ю К- СМ со со
JVhlZM ‘BlflfBlSPi [5ИНЭ1Г8В1ГШЧв Ч1ЭОНЯИЭНЭ1НИ CM Ю О Ю) о CM Ю CO со N. >—< СМ со’ о" — —< см см
Hnwlww ‘илжобхэ чхэойолэ о о о о CM CM CM CM Ю in Ю Ю оооо см см см см Ю Ю lO ю
О *Л01 о о о о GO СО О GO см со ю ю оооо СО ОО о оо СМ со ю ю
‘вгосГляэь-е dxowBHif со 00 о см СО 00 о см
Обрабатываемый металл Малоуглеродис- тая сталь Нержавеющая сталь
зовании толстробмазан-
ных электродов, позво-
ляющих перемещать элек-
трод путем его опирания
о поверхность обрабаты-
ваемого металла. Для
этой цели могут быть ис-
поль'зованы обычные сва-
рочные электроды с по-
крытием ЦМ-7 или
ОММ-5.
Экономически более
целесообразно использо-
вать металлические элек-
троды с упрощенной об-
мазкой, изготовляемой,
например, из 80% камен-
ноугольного шлака и 20%
мела.
Недостатком стальных
электродов по сравнению
с угольными является ма-
лое время горения дуги
и получение кромок реза,
зашлакованных обмазкой
стержня электрода. Од-
нако по сравнению с
угольными стержнями ис-
пользование стальных
электродов не требует
соблюдения дополнитель-
ных мер для повышения
устойчивости горения ду-
ги при работе на пере-
менном токе.
4. РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ ВОЗ-
ДУШНО-ДУГОВАЯ РЕЗКА
Кроме поверхностной
обработки, воздушно-ду-
говая резка может быть
также использована для
разделения на части ме-
таллов, не поддающихся
воздействию кислородной
струи без флюса. ,
324
Разделительная воздушно-дуговая резка осуществляется сле-
дующим образом: закрепив угольный электрод в зажиме резака
так, чтобы вылет его не превышал 100—120 мм, резчик, открыв
вентиль для пуска сжатого воздуха, подводит конец электрода'
к обрабатываемому металлу. Касаясь электродом металла, он'
возбуждает электрическую дугу, проплавляет металл по всей
толщине объекта резки и затем начинает равномерно перемещать
электрод в заданном направлении по мере прорезания металла
по всей его толщине.
Электрическая дуга при этом горит внутри полости реза,
между лобовой его стенкой и электродом. Струя сжатого возду-'
Рис. ,121. Схемы подачи электрода при разделительной воздушно-дуговой
резке:
а — правильно установленная скорость подачи электрода, б — слишком высокая скорость
подачи электрода
ха, выдувая расплавленный металл, способствует образованию
сквозного реза. Периодически по мере обгорания электрода рез-
чик для поддержания горения дуги подает электрод в полость
разреза, опуская резак вниз.
Подачу электрода по мере его обгорания следует осуществ-
лять таким образом, чтобы рабочий конец электрода не выступал
за нижнюю кромку более 3—5 мм (рис. 121, а), так как иначе
(рис. 121, б) имеет место чрезмерный расход электродов.
При недостаточной скорости подачи электрода отсутствует
прорезание металла по всей толщине объекта резки; происходит
удаление металла только на определенную глубину, т. е. имеет
место поверхностная резка (рис. 122). Угол наклона электрода
к плоскости обрабатываемого металла при разделительной пря-
молинейной резке поддерживается в пределах 45—60°, а при вы-
325
резке изделий криволинейной формы электрод устанавливается
вертикально.
Процесс разделительной воздушно-дуговой резки следует осу-
ществлять таким образом, чтобы между рабочим концом элект-
рода и лобовой кромкой реза всегда оставался небольшой ви-
димый зазор. В этом случае кромки реза получаются достаточно
ровными без наплывов на нижней стороне реза. Электрод следует
перемещать только поступательно в заданном направлении, не
допуская поперечных колебаний в плоскости реза, так как это
увеличивает ширину разреза и снижает скорость резки. Ширина
реза обычно на 1—2 мм превышает диаметр используемого для
резки электрода, т. е.
& = rf + (l--2),
где b — ширина реза в лш;
d — диаметр электрода в
Рис. 122. Поверхностная резка
Поэтому для разделительной
троды диаметром не свыше 10
мм.
Скорость разделительной
воздушно-дуговой резки
зависит от теплофизических
свойств и толщины обраба-
тываемого металла, диаметра
электрода и величины тока.
Производительность резки,
очень высокая для толщин до
4—5 мм, резко снижается с
увеличением толщины разре-
заемого металла.
Большое значение при раз-
делительной воздушно-дуговой
резке имеет правильный выбор
диаметра электрода. Увеличе-
ние диаметра электрода сверх
допустимого приводит к избы-
точным потерям обрабатывае-
мого металла вследствие уве-
личения ширины реза и к сни-
жению скорости резки.
резки следует применять элек-
км. Скорость резки изменяется
пропорционально величине тока, поэтому разделительную резку,
особенно металла большой толщины, следует осуществлять на
повышенных значениях тока.
Разделительная воздушно-дуговая резка может быть исполь-
зована для резки нержавеющих сталей, латуни и алюминия огра-
ниченной толщины. Как правило, воздушно-дуговая резка не
применяется для разделения углеродистых сталей.
,326
Однако в случаях отсутствия кислорода может быть приме-
нена для обработки стали толщиной до 12—14 мм.
Резка нержавеющих сталей. Воздушно-дуговая резка широко
используется для обработки нержавеющих сталей. Наличие на
поверхности этих сталей пленки тугоплавких окислов препятст-
вует успешной резке этих сталей кислородной струей без приме-
нения флюсов.
Разделительная воздушно-дуговая резка является ручным
процессом, и поэтому по точности обработки воздушно-дуговая
резка уступает кислородно-флюсовой, которая может быть легко
механизирована. Однако в некоторых случаях, несмотря на не-
сколько большую ширину разреза, воздушно-дуговая резка имеет
ряд преимуществ по сравнению с кислородно-флюсовой. Воздуш-
но-дуговая резка нержавеющих сталей толщиной до 6—8 мм ха-
рактеризуется даже более высоким качеством поверхности реза
по сравнению с кислородно-флюсовой резкой.
Достаточно производительной и экономичной является воз-
душно-дуговая резка нержавеющих сталей толщиной до 12—
14 мм.
Особенно удобно использование воздушно-дуговой резки при
различных монтажных работах вследствие простоты и мобиль-
ности резательной аппаратуры. По сравнению с дуговой резкой
нержавеющих сталей с помощью стальных обмазанных электро-
дов воздушно-дуговая резка характеризуется более высокой
производительностью и экономичностью, а также более высоким
качеством поверхности реза и меньшей тепловой деформацией
обрабатываемых элементов.
Качество поверхности реза, выполненного воздушно-дуговой
резкой, является достаточно высоким. При повышенных требо-
ваниях к качеству поверхности реза ее следует обрабатывать пос-
ле резки абразивным кругом на глубину 0,5—0,8 мм.
При резке нержавеющих сталей особенно опасным является
обогащение -кромок реза углеродом, вследствие перехода его с
раскаленного конца электрода в металл. Науглероживание при-
водит к тому, что по границам зерен металла при определенных
температурных условиях выделяются карбиды хрома, вследствие
чего кромки реза при последующем нагреве приобретают склон-
ность к межкристаллитной коррозии. При последующей сварке
сильно науглероженных кромок реза углерод переходит в ме-
талл шва, поэтому шов приобретает склонность к межкристаллит-
ной коррозии.
Для получения качественных кромок реза большое значение
имеет правильное ведение процесса резки. Не следует допускать
частых замыканий раскаленного конца электрода о поверхность
обрабатываемого металла. Также не следует допускать чрезмер-
ные токовые нагрузки во избежание повышенного расхода элек-
трода.
327
Воздушно-дуговой резкой за один проход можно резать сталь
толщиной до 20—25 мм. Существенное влияние на качество по-
верхности реза оказывает правильный выбор величины тока и
диаметра электрода при резке металла данной толщины.
Высокие скорости, получаемые при резке тонколистового ме-
талла, приводят к тому, что воздушная струя не успевает пол-
ностью выдувать расплавленный металл и на нижней поверхно-
сти раза образуются трудноотделимые наплывы; поэтому при
резке стали толщиной до 4—6 мм для уменьшения скорости рез-
ки величину тока следует уменьшать на 40—60% по сравнению
с данными, приведенными в табл. 49.
Таблица 49
Режимы разделительной воздушно-дуговой резки стали 1Х18Н9Т
Толщина стали, ! мм 1 1 Диаметр электрода, мм 1 i Ток. а Скорость -резки, MMjMUH Ширина реза, мм Длина реза, приходя- щегося на один электрод длиной 250 мм, мм Расход электродов на *1 пог. м реза, шт. Расход электроэнер- гии, квт)пог. м, км Расход сжатого воздуха, м^/пог. м
4 6 160 660 7,5 770 1,3 0,76 0,53
8 200 319 9,5 1000 1,0 1,45 1,04
8 6 280 577 7,5 417 . 2,4 0,9 0,6
8 380 590 9,5 500 2,0 1,2 0,56
12 6 280 385 7,5 295 3,4 1.5 0,87
8 380 395 9,5 330 3,0 1,75 0,84
16 8 380 294 9,5 250 4,0 2,4 1,13
10 500 318 11,5 400 2,5 3.0 1,05
20 8 380 235 9,5 192 5,2 3,0 1.45
10 500 260 11,5 312 3,2 3,8 1,28
Резку металла толщиной до 12 мм следует осуществлять
электродами диаметром 6 или 8 мм. При обработке металла
больших толщин следует применять электроды диаметром 8 и
10 мм.
В табл. 49 приведены ориентировочные данные по режимам
разделительной воздушно-дуговой резки нержавеющей стали
марки 1Х18Н9Т.
Воздушно-дуговая врезка металла толщиной свыше 24 лш при-
водит к значительному ухудшению качества поверхности реза,
так как резка таких толщин за один проход затруднена. Однако
в отдельных случаях, как, например, при обрезке прибылей литья,
где качество поверхности реза не имеет существенного значения,
воздушно-дуговую резку можно использовать для обработки ме-
талла толщиной до 35—40 мм. Существует два способа обработ-
328
ки толстолистового металла разделительной воздушно-дуговой
резкой. Один способ состоит в том, что электрод в плоскости реза
перемещают, придавая ему пилообразные движения, как это де-
лается при обычной дуговой резке стальными обмазанными элек-
тродами. Второй способ разделительной воздушно-дуговой резки
металла толщиной свыше 24 мм состоит в последовательном вы-
плавлении в металле канавок на определенную глубину, причем
каждая последующая канавка выбирается по предыдущей. Во
избежание чрезмерного увеличения ширины разреза каждую
последующую канавку следует выполнять электродом меньшего
диаметра.
Воздушно-дуговая резка цветных металлов. Воздушно-дуго-
вая резка может быть использована для разделения цветных ме-
таллов и сплавов небольшой толщины. Качество поверхности ре-
за при этом получается сравнительно невысоким, так как окис-
ленные и неровные кромки реза требуют последующей механи-
ческой обработки на глубину до 4—5 мм. Использование воз-
душно-дуговой резки цветных металлов целесообразно либо при
использовании ее как способа черновой разрезки перед последу-
ющей механической обработкой, либо как способа резки металла
в скрап. За один проход можно успешно осуществлять резку алю-
миния толщиной до 14—16 мм.
5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОЗДУШНО-ДУГОВЫХ РЕЗАКОВ;
ВОЗМОЖНЫЕ ДЕФЕКТЫ РЕЗКИ
Большое значение при воздушно-дуговой резке имеет пра-
вильное обращение с резаком. Одной из причин выхода резака из
строя является прогорание токоподводящих губок вследствие
замыкания ими поверхности обрабатываемого металла. Резчик
при работе воздушно-дуговым резаком всегда должен Оставлять
огарки длиной 30—40 мм, так как при меньшей их длине возмож-
но замыкание резака о поверхность металла.
Чрезмерные нагрузки по току при плохом зажиме электрода
в губках могут вызвать оплавление контактных губок резака.
При длительной эксплуатации воздушно-дугового резака наблю-
дается также ослабление пружины, распирающей прижимную
рукоятку, что ухудшает контакт электрода в губках и приводит
к их оплавлению. Поэтому следует избегать использования чрез-
мерных токовых нагрузок, приводящих к перегреву стержня
электрода, и периодически производить зачистку контактных
губок резака для удаления с них нагара.
При отпуске пружины резака вследствие нагрева ее раска-
ленным угольным электродом необходимо ставить новую пру-
жину.
329
К
X
3
о.
4»
s:
О
=(
Неполадки резаков и дефекты воздушно-дуговой резки
о
=(
я
=:
о
к
4>
X
X
X
X
Е
«.X
о
«=(
я
о
а
о>
х
0J
X
X
л
а
о
х
о
S
X
330
В табл. 50 приведен перечень возможных неполадок при ис-
пользовании воздушно-дуговых резаков, а также наиболее харак-
терные дефекты резки и меры по их устранению.
6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ВОЗДУШНО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ
Поверхностная воздушно-дуговая резка эффективно заменяет
одну из наиболее трудоемких операций — рубку пневматическим
зубилом.
Улучшая условия труда вследствие ликвидации шума, ко-
торым сопровождается пневморубка, воздушно-дуговая резка
в несколько раз повышает производительность. Если пневмати-
ческим зубилом можно вырубить металла 1,5—2 кг!час, то с по-
мощью воздушно-дуговой резки рабочий выплавляет до 12—
16 кг/час металла.
При этом также отпадает затрата времени на заточку режу-
щего инструмента.
Воздушно-дуговая резка металлов обеспечивает также более
высокое качество ремонтных работ по сравнению с рубкой пнев-
матическим зубилом, при использовании которой нижняя по-
верхность зубила, наклепывая обрабатываемый металл, закры-
вает такие дефекты, как поры и раковины. При воздушно-дуговой
резке эти дефекты полностью раскрываются. Установлено, что
при обработке стального литья воздушно-дуговая резка в 5—6
раз экономичнее рубки пневматическим зубилом. В ряде случаев
воздушно-дуговая резка, как операция черновой обработки, ус-
пешно заменяет фрезерование, повышая производительность
обработки деталей.
При удалении металла на сравнительно коротких участках
воздушно-дуговая резка является более производительной, чем
кислородно-ацетиленовая строжка, так как при этом не затрачи-
вается время на подопрев металла в начальной точке реза до
температуры воспламенения.
Разделительная воздушно-дуговая резка нержавеющих ста-
лей имеет ряд преимуществ по сравнению с кислородно-флюсо-
вой резкой.
Она характеризуется более высоким качеством поверхности
реза сталей толщиной до 6—8 мм. Ее можно использовать в об-
щезаводском технологическом потоке без оборудования спе-
циальной вентиляционной системы, так как воздушно-дуговая
резка не загрязняет воздух окислами металлов.
• Большая простота и маневренность резательной аппаратуры
для воздушно-дуговой резки дает возможность выгодно исполь-
зовать ее при монтажных работах.
331
Глава XX
РЕЗКА ПРОНИКАЮЩЕЙ ДУГОЙ
1. СУЩНОСТЬ СПОСОБА
Медный наконечник
Рис. 123. Принципиальная схема режу-
щей головки для резки проникающей
дугой
Сущность способа резки проникающей дугой заключается
в проплавлении металла мощным дуговым разрядом, искусствен-
но сосредоточенным на ограниченном участке обрабатываемой
поверхности объекта резки. Проникая в толщу металла на зна-
чительную глубину, электрическая дуга расплавляет металл по
всей толщине обрабатываемого объекта, а газовая струя, пода-
ваемая в полость разреза
через отверстие наконечни-
ка, обеспечивает удаление
расплавленного металла и
образование сквозного ре-
за.
Резка проникающей ду-
гой осуществляется с по-
мощью вольфрамовых элек-
тродов на постоянном токе
прямой полярности.
Для обеспечения необхо-
димого сжатия электричес-
кой дуги и придания ей вы-
тянутой формы вольфрамо-
вый электрод/ заточенный
на конус, располагается
внутри водоохлаждаемого
медного наконечника (рис.
123).
Конусный конец электрода и обдувание дуги потоком газа в
узком охлаждаемом канале наконечника резко уменьшает сече-
ние дуги и увеличивает ее температуру, вследствие чего такая
дуга приобретает режущие свойства.
Использование для резки вольфрамового электрода требует
защиты его газовой струей, неактивной по отношению к материа-
лу электрода, а также защиты кромок реза от окисления. Это
обусловливает использование газа, инертного по отношению к
электроду и обрабатываемому металлу. При резке алюминия и
его сплавов для этой цели применяется чистый аргон. Однако
действия струи одного аргона недостаточно, чтобы металл, рас-
плавляемый дугой в полости реза, был достаточно жидкоте-
кучим, легко удалялся струей газа и не налипал на' нижние
кромки реза. Получить ровную чистую поверхность реза без
трудноотделимых наплывов на нижней стороне реза в атмосфере
332
одного аргона практически невозможно. Для выполнения этих
условий к аргону добавляют водород, который, обладая большой
теплоемкостью и теплопроводностью, сильно способствует суже-
нию дугового столба.
Молекулы водорода, состоящие из двух атомов, при продува-
нии их через электрическую дугу диссоциируют на атомы по
уравнению
Н2 -> 2Н - Q,
где Q — количество тепла, которое требуется для диссоциации
одной молекулы водорода, равное приблизительно
100 600 кал!мол.
Однако атомы водорода могут существовать в свободном ви-
де только при сравнительно высокой температуре. Попадая вме-
Рис. 124. Принципиальная схема процесса резки
. проникающей дугой:
/ — генератор постоянного тока, 2 — добавочное сопро-
тивление в цепи вспомогательной дуги, 3 — газ, 4 —
вольфрамовый электрод, 5 — охлаждающая вода, 6 — на-
конечник, 7 — разрезаемый металл
сте с газовой струей в полость реза и соприкасаясь с его холод-
ными стенками, они соединяются в молекулы, так как не могут
существовать в свободном виде при более низких температурах.
Соединение атомов водорода в молекулы происходит по урав-
нению
2Н -> Н2 + Q.
Водород выделяет тепло, которое он получил в верхней зоне
дуги, в полость реза, вследствие чего количество тепла, вносимое
дугой в металл, возрастает. В результате этого продукты рас-
плавления получаются очень жидкотекучими и легко выдувают-
ся из полости реза.
Принципиальная схема процесса резки проникающей дугой
показана на рис. 124. В связи с тем. что вольфрамовый электрод
33.3
закреплен внутри наконечника резака, зажигание дуги обычным
способом, как это делается при дуговой сварке, т. е. путем крат-
ковременного касания электродом поверхности обрабатываемого
металла, невозможно.
При резке металлов проникающей дугой для возбуждения
дуги, горящей между электродом и металлом, используется до-
полнительный электрический разряд — так называемая вспомо-
гательная или дежурная дуга.
Вспомогательная дуга возбуждается между вольфрамовым
электродом и .медным водоохлаждаемым наконечником, для чего
к ним подводится напряжение от генератора постоянного тока.
Для облегчения зажигания вспомогательной дуги зазор между
вольфрамовым электродом и наконечником обычно заполняется
чистым аргоном и пробивается электрической искрой при помо-
щи маломощного искрового генератора или этот зазор замы-
кается токопроводящей вставкой.
Во избежание проплавления наконечника при возбуждении
дежурной дуги применяется специальное балластное сопротив-
ление, установленное в,цепи электрод—наконечник, которое ог-
раничивает ток дежурной дуги в пределах от 10 до 15 а.
Поток аргона, подаваемый в наконечник, выдувает дежурную
дугу из отверстия в виде раскаленных ионизированных газов.
При соприкосновении этой дуги с обрабатываемым металлом она
замыкает между ними зазор, тем самым возбуждая основную
(режущую) дугу, величина тока которой составляет несколько
сот ампер.
Чем толще разрезаемый металл, тем на большее расстояние
проникающая дуга должна углубиться в обрабатываемый ме-
талл и тем больше должна быть длина дуги. Соответственно с
увеличением длины дуги возрастает напряжение на дуге. Поэто-
му возможность резки металла данной толщины определяется
величиной рабочего напряжения, которое позволяет получить оп-
ределенный источник питания электрической дуги. Если это
напряжение является достаточным, то электрическая дуга, уг-
лубляясь в толщу металла, может проплавить его по всей тол-
щине и обеспечить получение сквозного реза; если же напряже-
ние оказывается недостаточным, то электрическая дуга обры-
вается и процесс резки прекращается. Поэтому при резке
толстолистового металла для питания дуги обычно используют
два сварочных преобразователя, соединенных последовательно.
Резка проникающей дугой является в настоящее время наи-
более эффективным способом резки цветных металлов. Напри-
мер, скорость механизированной прямолинейной резки алюминия
толщиной 6 мм составляет около 8 mImuh. С увеличением толщи-
ны разрезаемого металла скорость резки несколько падает,
оставаясь, однако, достаточно высокой.
334
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ РЕЗКИ
Для прямолинейной механизированной резки алюминия и его
сплавов может быть использована установка КДР-1-57 (рис.
125). Основной частью этой установки является резак 1, укреп-
ленный посредством суппорта 2 на ходовой тележке 3. На этой
же тележке на опоре 4 устанавливается шкаф управления и ав-
томатики 5. Все водяные, токовые и газовые коммуникации от
шкафа управления, собранные в единый пакет, подводятся к ре-
заку (рис. 126).
Для охлаждения наконечника резака проточной водой слу-
жат две трубки 1, по одной из которых вода поступает в нако-
нечник, а по другой выходит из него. На одной из трубок укреп-
лена клеммная колодка 2, к которой присоединяется провод вы-
сокого напряжения от осциллятора. Газы подаются в резак
через шланг, присоединяемый к ниппелю 3. Токовый кабель
впаивается в гнездо съемного наконечника 4, находящегося так-
же на боковой стороне.
Для удобства установки вольфрамового электрода, который
приходится периодически затачивать, предусмотрено закрепление
его в цанге посредством маховичка 5, имеющегося в верхней ча-
сти резака. При отвертывании маховичка цанга, в которой зажи-
335
мается электрод, ослабляется и электрод выпадает через нако-
нечник под действием собственного веса. Суппорт допускает
установку резака под углом до 40° к вертикальной плоскости, что
необходимо при резке листов со скосом кромок. Маховичок, рас-
положенный в верхней части суппорта, позволяет регулировать
высоту резака над разрезаемым листом в пределах ±25мм. При
резке длинных неровных полос высота
Рис. 126. Резак для механизированной резки
проникающей дугой
резака над разрезаемым
листом поддерживает-
ся автоматически по-
средством опорного ро-
лика.
Работа с помощью
установки КДР-1-57
происходит следующим
образом: вначале
включают источник то-
ка, подачу охлаждаю-
щей воды и напряже-
ния от сети 220 в к
шкафу автоматики, а
также устанавливают
соответствующий рас-
ход газов. Установка
расхода газов произво-
дится включением
электромагнитных кла-
панов подачи газа с
помощью специального
тумблера, находящего-
ся на шкафе автомати-
ки. 'Затем включают
перемещение резатель-
ной тележки и подво-
дят резак к разрезае-
мому металлу, уста-
навливая его таким
образом, чтобы расстояние торца наконечника до поверхности
металла по всей длине реза составляло 5—6 мм. Отведя ре-
зак от металла на расстояние 20—30 мм, нажатием соответст-
вующей кнопки на шкафе управления и автоматики возбуждают
дежурную дугу; при этом одновременно включается осциллятор
и открывается электромагнитный клапан для подачи аргона.
После возникновения дежурной дуги включают механизиро-
ванное перемещение резака и вновь подводят его к начальной
кромке реза. При соприкосновении факела дежурной дуги с об-
рабатываемым металлом возникает режущая дуга; одновремен-
но автоматически выключается осциллятор, гаснет дежурная ду-
,336
га, открывается клапан подачи водорода и начинается процесс
резки.
При резке тонколистового металла, когда скорость рабочего
процесса является очень высокой, резательную тележку .следует
задерживать на несколько секунд у начальной кромки реза пос-
ле возникновения режущей дуги, вследствие некоторого запазды-
вания подачи водорода, так как в противном случае может иметь
место непрорез небольшого участка в начале реза. После окон-
чания резки дежурная дуга обрывается, при этом автоматически
выключается подача водорода, включается осциллятор и вновь
зажигается дежурная дуга, что свидетельствует о готовности ус-
тановки к последующей работе.
Для выключения дежурной дуги достаточно нажать кнопку
на шкафе автоматики или выносном кнопочном пульте, после
чего прекращается подача аргона, выключается осциллятор, раз-
рывается цепь дежурной дуги и она гаснет.
Во избежание прогорания наконечника, которое может воз-
никнуть при отсутствии водяного охлаждения корпуса наконеч-
ника, имеется специальный блокировочный клапан, отключаю-
щий питание током шкафа автоматики от сети при отсутствии
подачи воды для охлаждения наконечника или при недостаточ-
ном ее расходе.
На рис. 127 показан лист алюминия толщиной 20 мм, обрезан-
ный проникающей дугой на установке КДР-1-57.
Более широкими технологическими возможностями обладает
установка для механизированной прямолинейной резки УДР-1-58
(рис. 128), которая наряду с резкой алюминия и его сплавов
позволяет осуществлять также резку нержавеющих сталей. Уста-
новка включает в себя шкаф автоматики, шкаф питания, реза-
тельную тележку, суппорт со штангой и резак для механизиро-
ванной резки со сменными наконечниками.
В отличие от установки КДР-1-57, в которой имеются два
электромагнитных газовых клапана, в установке УДР-1-58
имеется три клапана для подачи газа.
Третий электромагнитный клапан предназначен для подачи
азота, что позволяет осуществлять резку нержавеющих сталей в
азоте или азотно-водородной смеси. Специальный переключатель,
находящийся на корпусе шкафа управления и автоматики, поз-
воляет изменять порядок работы электромагнитных газовых
клапанов при резке различных металлов. Если при резке алюми-
ния сохраняется вышеописанный порядок подачи газов, т. е. воз-
буждение дежурной дуги в струе аргона и добавление к нему
водорода при возникновении режущей дуги, то при резке нержа-
веющих сталей порядок работы клапанов для подачи газа изме-
няется.
При резке нержавеющих сталей дежурная дуга возбуждает-
ся также в аргоне, так как азот является трудно ионизируемым
22—956 337
Рис. 127. Лист алюминия толщиной 20 мм, обрезанный механизирован-
ной резкой проникающей дугой
Рис. 128. Установка УДР-1-58 для механизированной резки
I
газом и возбуждение
дежурной дуги в нем
возможно только при
очень небольших рас-
ходах азота и мини-
мальном расстоянии
между рабочим концом
электрода и внутрен-
ней поверхностью на-
конечника. При обра-
ботке нержавеющих
сталей в момент воз-
никновения режущей
дуги происходит авто-
матическая подача азо-
та или азотно-водород-
ной смеси и прекра-
щается подача аргона.
Таким образом, если
при резке алюминия и
его сплавов аргон яв-
ляется рабочим газом,
то при резке нержа-
веющих сталей он
служит только для
возбуждения дежур-
ной дуги.
Конструкция резака
в установке УДР-1-58
не отличается от реза-
ка установки КДР-1-57.
Также во многом схо-
жи конструкции шка-
фов управления и ав-
томатики обеих уста-
новок. Однако установ-
ка УДР-1-58 по сравне-
нию с установкой
КДР-1-57 является бо-
лее совершенной. Если
в установке КДР-1-57
предусмотрено двух-
кнопочное управление
рабочим процессом, то
в установке УДР-1-58
оно осуществляется от
одной кнопки, имею-
Ю
ГО
Я
е;
\о
го
н
ияаопвхэХ ээа иитпро о 1
гя ‘кинвхиц вфвяпт ээд 1 СМ СО
Габариты шкафа питания, мм BHHdHm 1 265
вюомд 1 430
вниед* 1 500
гм ‘ияихвиохав вфвхт зад CM CO СО
Габариты, мм BHHdHrn 230 210
вюэнд 270 360
ВНИ1ГД' 500 335
Диапазон толщин разрезаемых металлов, мм XinilHOhOl 1ГЯЯ OH41f01B80ir -Э1ГЭО11 ООЧ-ЭП aodoiBd -энэл xXatf 10 иинехии ийи 75-80 75—80 1 "
OOS’DU BdoiBdsHOJ 10 ИИНВ1ИН Hdu 20—25 ег—os
Обрабаты- ваемые металлы Алюминий и его спла- вы Алюминий и его спла- вы, нержа- веющая 1 сталь
ww ‘cirodxxaire олоа -онвйфчЕоа diawBHU’ СО СО
hukIw ‘ияеэб чхэобояэ ВВНЧЕВИИЭЯВДО До 10 fflo 10
V ‘яох итчкаемэХиоП" 400 400
Установка КДР-1-57 УДР-1-58
339
щейся на шкафе автоматики. Установка КДР-1-57 требует до-
полнительной комплектовки ее контактором для включения и
выключения тока режущей дуги. Установка УДР-1-58 имеет кон-
тактор, установленный в шкафе питания. Специальная лампоч-
ка, находящаяся на шкафе автоматики, сигнализирует о подаче
напряжения на вольфрамовый электрод. Техническая характе-
ристика описанных установок для механизированной прямоли-
нейной резки проникающей дугой приведена в табл. 51.
Для механизированной фигурной резки цветных металлов и
нержавеющих сталей может быть использован универсальный
газорезательный станок СГУ-1-58 с оснасткой для резки метал-
лов проникающей дугой.
Машина СГУ-1-58, снабженная газодуговым резаком и необ-
ходимой дополнительной оснасткой, может выполнять следую-
щие операции: вырезку фигурных деталей с автоматическим ко-
пированием по стальному копиру; прямолинейную резку листов
с односторонним скосом кромок при толщине до 25 мм с углом
до 60°; вырезку окружностей диаметром от 240 до 2000 мм без
применения копиров с помощью циркульного устройства, смон-
тированного на механической головке. Размер диаметра выре-
заемых окружностей обеспечивается установкой циркуля по
делениям размерной штанги.
Основными узлами дополнительной оснастки являются: ре-
зак для механизированной резки проникающей дугой; щиток с
приборами и кабелем; шкаф автоматики.
Конструкция резака для фигурной резки проникающей дугой
аналогична конструкции резаков, используемых в установках
КДР-1-57 и УДР-1-58 и отличается от них тем, что в ней преду-
смотрена более точная центровка вольфрамового электрода в от-
верстии наконечника. На рис. 129 показана машина СГУ-1-58, ос-
нащенная резаком для резки проникающей дугой, установлен-
ным на траверсе машины. Подача рабочих газов к резаку осуще-
ствляется по существующим на машине коммуникациям для кис-
лородной резки металлов; по линии подогревающего кислорода
подается аргон, по линии ацетилена — водород, а по линии ре-
жущего кислорода — азот.
Управление рабочим процессом резки осуществляется или с
передней панели шкафа автоматики или от выносного щитка.
Шкаф автоматики обеспечивает заданный технологией резки по-
рядок работы установки, который аналогичен работе установок
КДР-1-57 и УДР-1-58: возбуждение дежурной дуги в атмосфере
аргона путем пробоя зазора между электродом и наконечником
с помощью осциллятора; последующее возбуждение режущей ду-
ги при соприкосновении потока ионизирующих газов дежурной
дуги с обрабатываемым металлом; выключение осциллятора при
возникновении режущей дуги и подача водорода при резке алю-
340
Ри-с. 129. Машина СГУ-1-58, оснащенная резаном для резки проникающей
дугой
Рис. 130. Детали из алюминия, вырезанные механизированной резкой про-
никающей дугой
миния или азота (азотно-водородной смеси) при резке нержаве-
ющих сталей. Так же, как и в ранее описанных установках,
включение приводного механизма следует осуществлять после
проплавления дугой металла на’ всю его толщину.
Качество кромок деталей, вырезанных проникающей дугой на
машине СГУ-1-58, является очень высоким. На рис. 130 показа-
ны детали из алюминия, вырезанные на машине СГУ-1-58 прямо-
линейной резкой, по циркулю и по фигурным копирам.
3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РУЧНОЙ РЕЗКИ
Наряду с механизированными установками более широкое
применение получили ручные установки для резки проникающей
дугой. Кроме установки УДР-1-58, которая была описана ранее
Рис. 131. Установка УДР-2-58 для ручной резки
и предназначается для механизированной прямолинейной резки,
для ручной работы выпускается установка УДР-2-58, которая
отличается от механизированной установки УДР-1-58 отсутстви-
ем резательной тележки и наличием ручного резака. Технологи-
ческие возможности указанных установок по видам обрабатыва-
емых металлов и диапазону разрезаемых толщин являются оди-
наковыми. Конструкция шкафа автоматики и шкафа питания в
обеих установках одинакова. Эта установка в настоящее вре-
мя наиболее широко используется для ручной резки прони-
342
кающей дугой. Общий вид установки УДР-2-58 показан на
рис. 131.
Все газо- и токоподводящие коммуникации, собранные в еди-
ный пакет, подводятся от шкафа автоматики к ручному резаку.
Управление рабочим процессом производится с помощью кноп-
ки, находящейся на рукоятке резака'. Резак имеет съемные опор-
ные ролики, которые обеспечивают постоянное расстояние нако-
нечника от обрабатываемого металла. Использование опорных
роликов является целесообразным при резке толстолистового
металла.
Порядок выполнения рабочих операций при ручной резке с
помощью установки УДР-2,-58 отличается от последовательности
операций, выполняемых установкой УДР-1-58, только тем, что
возбуждение дежурной дуги производится кнопкой, установлен-
ной на рукоятке резака. Возбудив дежурную дугу над обрабаты-
ваемым листом, резчик подносит резак к начальной точке реза и
держит его над ней до возбуждения режущей дуги; при этом ав-
томатически в полость реза подается водород (при резке алю-
миния), выключается осциллятор, гаснет дежурная дуга и рез-
чик начинает перемещать резак вручную вдоль намеченной ли-
нии реза.
По окончании процесса резки резчик, поднимая резак, отво-
дит его от поверхности обрабатываемого металла. При этом ре-
жущая дуга обрывается, подача водорода прекращается, выклю-
чается осциллятор и вновь загорается дежурная дуга, для вы-
ключения которой резчику необходимо вторично нажать кнопку
на рукоятке резака.
Для ручной резки алюминия проникающей дугой может быть
использован также ручной газодуговой резак РДМ-1-60 с соот-
ветствующим комплектом аппаратуры. Основными узлами это-
го комплекта являются: ручной резак РДМ-1-60, кабель-шланго-
вый пакет и зажигалка. Общий вид резака РДМ-1-60 с кабель-
шланговым пакетом и коллектором показан на рис. 132. В отли-
чие от ранее описанных установок, в которых предусмотрена
высокая степень автоматизации управления рабочим процессом,
в резаке РДМ-1-60 такие операции, как включение подачи арго-
на и водорода и возбуждение дежурной дуги, производится рез-
чиком вручную. Подача аргона и водорода осуществляется по-
средством вентиля и пружинного клапана, а для возбуждения
вспомогательной дуги используется специальный угольный стер-
жень (зажигалка), который вводится внутрь отверстия наконеч-
ника для замыкания зазора между вольфрамовым электродом и
наконечником.
Кабель для рабочего тока и нихромовая струна балластного
сопротивления расположены в водоохлаждаемых шлангах, при-
соединяемых к резаку. Другой конец кабель-шлангового пакета
соединяется с коллектором, который одновременно является кон-
343
тактной скобой, устанавливаемой на листе обрабатываемого ме-
талла. К коллектору подводится вода, ток и рабочие газы.
Специальные калиброванные дюзы, помещенные в каналах
резака, позволяют устанавливать необходимый для резки рас-
ход газа по показаниям манометров редукторов для подачи ар-
гона и водорода.
Указанная аппаратура выгодно отличается от ранее описан-
ных установок своей простотой, вследствие чего может быть са-
мостоятельно изготовлена промышленными предприятиями для
собственных нужд.
Рис. 132. Резак Р ДМ-1-60 с кабель-шланговым пакетом и коллектором
4. ОБСЛУЖИВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ УСТАНОВОК ДЛЯ РЕЗКИ
Одной из наиболее быстро изнашиваемых деталей резатель-
ных установок является медный водоохлаждаемый наконечник,
который работает в очень жестких условиях, так как через узкое
отверстие наконечника проходит режущая дуга, что приводит к
тому, что внутренняя поверхность канала наконечника постепен-
но обгорает и диаметр его выходного отверстия увеличивается.
Вследствие этого газовая струя уже не может обеспечить эффек-
тивного сжатия дугового разряда в выходном отверстии нако-
нечника, что отрицательно сказывается на качестве реза и ско-
рости резки, которая при этом снижается. Рез получается более-
широким, а на его поверхности появляются неровные заметные
риски.
Одной из мер, повышающих срок службы наконечника, яв-
ляется подача в него достаточного количества охлаждающей во-
344
ды, обеспечение хорошей центровки вольфрамового электрода в
отверстии наконечника и правильный выбор технологических па-
раметров процесса: величины тока режущей дуги и соответствую-
щего ей расхода газов. Каждая резательная установка комплек-
туется двумя наконечниками с различными диаметрами выход-
ных отверстий. В табл. 52 приведены данные по выбору диаметра
выходного отверстия наконечника в зависимости от величины
тока режущей дуги.
При несоответствии диаметра выходного отверстия наконеч-
ника величине тока режущей дуги
и в случае использования наконеч-
ников с меньшими размерами вы-
ходных отверстий может наблю-
даться двойное дугообразование.
При этом электрическая дуга пере-
ходит с вольфрамового электрода на
наконечник, а с него на обрабаты-
ваемый металл (рис. 133). Двойная
дуга может также возникнуть при
недостаточном расходе газа или не-
правильной центровке электрода в
наконечнике. Двойное дугообразо-
вание приводит к прожиганию на-
конечника и выходу его из строя.
Во избежание чрезмерного разгорания отверстия наконечни-
ка ручную резку следует производить таким образом,чтобырас-
Таблица 52
Выбор диаметра отверстия
наконечника в зависимости
от величины тока
Величина тока режущей дуги, а Диаметр выход- ного отверстия наконечника, мм
До 250 3
От 250 до 400 4
стояние от торца наконечни-
ка до поверхности металла
было не менее 6—8 мм.
При правильно подо-
бранных технологических
параметрах процесса про-
должительность службы
одного наконечника может
составлять несколько рабо-
чих смен.
Также нецелесообразно
использование для резки
наконечников с большими
Рис. 133. Схема двойного дугообразова-
ния при резке проникающей дугой
диаметрами выходных от-
верстий, так как при этом
снижается скорость резки и
ухудшается качество по-
верхности реза.
характерные неисправности
В табл. 53 приведены наиболее
резательных устройств с указанием причин неполадок и реко-
мендуемые меры по их устранению.
345
Таблица 53
cr>
Неисправности резательных устройств и их устранение
Характер неисправности Наименование установки Причина неисправности Мера устранения
Невозбуждение дежур- КДР-1-57, УДР-1-58, Недостаточная подача охлажда- Увеличить подачу охлаждающей
ной дуги УДР-2-58, станок СГУ с ющей воды, вследствие чего блоки- воды таким образом, чтобы она
оснасткой для газоэлек- трической резки ровочный клапан отключает пита- ние установки от сети была не менее 1,5 л!мин
То же Повреждение изоляционной втул- ки и пробой изоляции Отвернуть наконечник, вынуть изоляционную втулку, осмотреть ее и в случае повреждения заменить новой
Отсутствие подачи аргона вслед- ствие несрабатывания электромаг- Проверить электрическую систе- му подачи напряжения на клапан
нитного клапана для аргона
* РДМ-1-60 Неплотность закрытия водород- ного клапана, вследствие чего к аргону примешивается водород Проверить исправность водород- ного клапана; в случае необходи- мости отремонтировать его
КДР-1-57, УДР-1-58, УДР-2-58, станок СГУ с оснасткой для газоэлек- трической резки, РДМ-1-60 Чрезмерный износ канала нако- нечника Заменить наконечник
То же Чрезмерный износ вольфрамово- го электрода, вследствие чего меж- Заново заточить вольфрамовый электрод и установить его по шаб-
ду ним и наконечником образи вался большой зазор лону
Невозбуждение режу- > Отсутствие контакта в цепи объ- Проверить исправность соедине-
шей дуги екта резки ний в линии рабочего тока от «плюса» 'генератора до обрабаты-
- ‘ • ваемого металла
Продолжение табл. 63
Характер неисправности Наименование установки Причина неисправности Мера устранения
Неустойчивость горения КДР-1-57, УДР-1-58, Наблюдается избыток водорода Отрегулировать расход газов в
режущей дуги УДР-2-58, станок СГУ в смеси или чрезмерно большой соответствии с инструкцией
с оснасткой для газо- электрической резки, РДМ-1-60 То же расход газов Резка осуществляется с недоста- Повысить скорость резки
Низкая прорезающая » точной скоростью Недостаточное содержание во- Увеличить подачу газов
способность дуги дорода в смеси или недостаточная подача азота Чрезмерный износ канала нако- Заменить наконечник
Быстрый износ форми- » нечника Плохая центровка вольфрамово- Отцентрировать электрод
рующего канала наконеч- го электрода
ника > Недостаточная подача газов Увеличить подачу газов
РДМ-1-60 Отсутствие циркуляции охлаж- Увеличить подачу охлаждающей
Быстрый износ воль- КДР-1-57, УДР-1-58. дающей воды или недостаточная ее подача Использование вольфрамовых воды Заменить вольфрамовый элект-
фрамового электрода УДР-2-58, станок СГУ с электродов, не содержащих добав- род на электрод из торированного
оснасткой для газоэлек- ки окиси тория вольфрама марки ВТ-10 или ВТ-15,
трической резки а в случае отсутствия такого элек-
» Резка осуществляется при пита- трода применить неторированный вольфрамовый электрод большего сечения Проверить полярность и в слу-
нии электрической дуги постоян- ным током обратной полярности чае включения цепи по схеме об- ратной полярности — изменить ее
5. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ РЕЗКИ
Кроме установок для резки металлов проникающей дугой, не-
обходимо дополнительное оборудование, в том числе — источни-
ки питания электрической дуги, осциллятор для возбуждения»
дежурной дуги и др., а также рабочие газы: аргон и водород для
резки алюминия или аргон и азот для резки нержавеющих ста-
лей и, наконец, вольфрамовые электроды. Выпускаемые реза-
тельные устройства не комплектуются указанным оборудовани-
ем и материалами, поэтому для организации резательного поста
это оборудование и материалы должны приобретаться дополни-
тельно (табл. 54).
Таблица 54
Оборудование и материалы для резки проникающей дугой
Наименование резательной установки Оборудование и материалы
Пределы толщин разрезаемых металлов, мм
до 25 мм от 20-—25 до 704-80 мм
л Алюминии Тержавею- щие стали Алюминий Нержавею- щие стал»
КДР-1-57, УДР-1-58, УДР-2-58, станок СГУ с оснасткой для газоэлект- рической резки Сварочный генератор ПС-500 (ПСО-500), ос- циллятор, дроссель, газо- вые ротаметры Два сварочных генера- тора ПС-500 (ПСО-500), осциллятор, дроссель, га- зовые ротаметры
РДМ-1-60 Аргон и водо- род Аргон И азот
Сварочный ге- нератор ПС-500 (ПСО-500), ар- гон и водород
Ниже приводятся более подробные сведения об оборудовании
и материалах, необходимых для резки проникающей дугой.
Для питания электрической дуги при резке алюминия в арго-
но-водородной смеси и нержавеющих сталей в азоте толщиной не
свыше 20—26 мм следует применять сварочный преобразователь
ПС-500 (ПСО-500). Для обработки алюминия и нержавеющих
сталей большей толщины используются два сварочных преобра-
зователя ПС-500, включенных последовательно.
Использование других преобразователей, даже более мощ-
ных. но с более низким напряжении холостого хода, нецелесооб-
разно, так как они не обеспечивают устойчивого возбуждения
дежурной дуги, так как для устойчивого возбуждения необхо-
димо напряжение холостого хода около 70—80 в. Преобразовав
348
Рис. 134. Схема
расходомера
поплавкового
типа (рота-
метра)
тель ПС-500, имеющий напряжение холостого хода 90—95 в,
•обеспечивает легкое возбуждение дежурной дуги и возможность
осуществления рабочего процесса при напряжении на дуге око-
ло 50—60 в при токе 250—350 а.
Осциллятор, используемый для возбуждения дежурной дуги,
является устройством, с помощью которого низкое напряжение
промышленной частоты преобразуется в импульсы высокого на-
пряжения (2500—3000в), высокой частоты (150 000-4-200 000 гц),
посредством которых осуществляется пробива-
ние зазора между вольфрамовым электродом и
наконечником.
Для возбуждения вспомогательной дуги наи-
более целесообразно использовать осцилляторы
с первичным напряжением 220 в (табл. 55).
Для предохранения обмотки сварочного гене-
ратора от пробоя током высокой частоты после-
довательно с источником тока включают индук-
тивное сопротивление, в качестве которого мо-
жет быть использован дроссель от обычного
элетросварочного трансформатора. Для этой
•цели используют дроссели РСТ-23, РСТЭ-32 и
РСТЭ-34.
Газы, используемые при газоэлектрической
резке — аргон, водород и азот — хранятся и тран-
спортируются в стандартных баллонах при дав-
лении 150 ати. В таком баллоне емкостью 40 л
помещается около 6 ж3 газа.
Для понижения давления газа от 150 ати,
под которым газ находится в баллоне, до рабо-
чего давления, которое на входе в резак обычно
составляет 0,7—1,5 ати, а также для поддержа-
ния рабочего давления постоянным применяются
редукторы. Для аргона и азота обычно приме-
няются кислородные редукторы РК-53, а для
водорода — водородный редуктор РВ-55. Для
снижения давления водорода может быть использован и кисло-
родный редуктор, присоединяемый к вентилю водородного бал-
лона с помощью специального переходного штуцера, имеющего
с одного конца левую трубную резьбу. Расход газа измеряют
расходомерами обычно поплавкового типа. Расходомер по-
плавкового типа (ротаметр) показан схематически на рис. 134.
Ротаметр состоит из градуированной конической стеклянной
трубки /,’на ниппель входного штуцера 2 надевается шланг,
подводящий газ к ротаметру, а на верхний конец трубки навер-
тывается штуцер 3, через который газ выходит из трубки. Труб-
ка ротаметра располагается всегда вертикально, так, чтобы
больший диаметр ее находился вверху. Внутри трубки находит-
349
Таблица 55
Технические данные осцилляторов
Тип осцилля- тора Первичное напряжение, в Вторичное напряжение холостого хода, в Потреб- ляемая мощность, ква Габариты, мм Вес, кг
Длина Высота Шири- на
ТУ-2 65; 220 3700 0,225 390 350 270 . 20
ТУ-77 65; 220 1500 1,00 390 350 270 25
ТУ-177 65; 220 2500 0,40 390 350 270 20
М-2 110; 220 2600 0,14 300 265 235 20
М-3 40; 65; 220 2500 0,075 350 290 240 1,5
ОС-1 65 2500 0,130 315 260 215 15
ся легкий поплавок 4, наружный диаметр которого меньше внут-
реннего диаметра трубки и поэтому поплавок может свободно
перемещаться по всей длине трубки в потоке газа.
При прохождении потока газа через ротаметр снизу вверх газ
поднимает поплавок до тех пор, пока зазор между кромкой по-
плавка и стенкой трубки не достигнет величины, при которой
вес поплавка уравновесится напором струи газа. Чем больше рас-
ход газа, тем выше поднимается поплавок. Шкала, нанесенная
на стеклянной трубке, градуируется в единицах объема газа,
проходящего через ротаметр в единицу времени. По положению
поплавка в трубке судят о расходе газа.
Для определения расхода аргона и азота целесообразно при-
менять ротаметры РС-5 с эбонитовым поплавком, а для опреде-
ления расхода водорода может быть использован ротаметр РС-3
с поплавком из нержавеющей стали. Так как при резке проника-
ющей дугой обычно используется несколько рабочих газов —
аргоно-водородная смесь для резки алюминия и азотно-водород-
ная смесь для резки нержавеющих сталей,— то соответствующие
ротаметры для определения расхода газов целесообразно распо-
лагать на одном общем щите газопитания.
В качестве электродов при резке проникающей дугой исполь-
зуются вольфрамовые прутки. Наилучшие результаты получают-
ся при использовании вольфрамовых прутков диаметром 3 мм,
марки ВТ-10 и ВТ-15; которые содержат 1,5—2% окиси тория,
добавка которой значительно увеличивает срок службы электро-
дов при резке на постоянном токе прямой полярности. Для пра-
вильной ориентации режущего разряда в отверстии наконечника
конец вольфрамового электрода перед началом работы обычно1
затачивается на наждаке на конус с углом 60—90°. Поскольку
торированные вольфрамовые прутки расходуются значительно
медленнее, чем прутки без добавки окиси тория, то такой зато-
350
ченный электрод очень долго сохраняет в процессе работы кони-
ческую форму заточки рабочего конца. Аналогично ведут себя
электроды с добавкой 1% окиси лантана. В то же время элек-
троды без добавки окиси тория быстро оплавляются ц образо-
ванием шарика на конце электрода. Заточка концов неториро-
ванных прутков для электродов не является эффективной, а
вследствие их повышенного расхода приходится применять элек-
троды большего диаметра по сравнению с прутками из ториро-
ванного вольфрама. В случае отсутствия торированных воль-
фрамовых прутков могут быть использованы прутки с кремне-
алюминиевой присадкой марки ВРН, ВА-3 и ВА-5 диаметром
4 мм.
6. ТЕХНОЛОГИЯ РЕЗКИ
Резка алюминия и его сплавов. Проникающей дугой можно
производить резку различных сплавов алюминия: силуминов,
сплавов АМц и АМг, дюралюминия и др.
Высокая производительность газоэлектрической резки алю-
миния, которая в десятки раз превышает производительность
механической резки на станках, делает указанный способ резки
высокоэкономичным. Резка алюминия проникающей дугой позво-
ляет значительно сократить отходы обрабатываемого металла,
вследствие того, что ширина получаемого реза в 2—3 раза мень-
ше ширины реза, получаемой при высверловке алюминиевых
деталей.
С помощью резательных установок, разработанных
ВНИИАВТОГЕН при условии питания электрической дуги от
двух сварочных преобразователей постоянного тока типа ПС-500,
можно успешно осуществлять резку алюминиевых сплавов тол-
щиной до 80 мм.
Резка алюминиевых сплавов проникающей дугой осуществ-
ляется в аргоно-водородной смеси. Количество газа, подаваемого
при резке, зависит от толщины разрезаемого металла. С увели-
чением толщины металла расход газа несколько повышается.
Наилучшие результаты получаются при использовании аргоно-
водородных смесей, содержащих 65—80% аргона и 35—20% во-
дорода. Не следует применять смеси с содержанием водорода-
больше 35%, так как при этом ухудшается качество поверхности
реза.
При механизированной резке, когда расстояние между нако-
нечником и обрабатываемым металлом, определяющее длину
дуги, является постоянным, целесообразно использовать смесь
газов с повышенным содержанием водорода. Наиболее часто при
механизированной резке используется смесь, состоящая из 65%
аргона и 35% водорода.
При ручной резке дуга имеет большую длину вследствие слу-
351
чайных колебаний резака в руке резчика, а также вследствие не-
обходимости удаления наконечника от поверхности разрезаемого
металла на большее расстояние для наблюдения за линией раз-
метки. Повышенное содержание водорода при ручной резке мо-
жет вызывать случайные обрывы дуги. Поэтому в данном случае
обычно применяется смесь из 80% аргона и 20% водорода. При
достаточно высокой квалификации резчика содержание водорода
в смеси при ручной резке может быть доведено до 30—35%.
Общий расход газа при газоэлектрической резке алюминия и его
сплавов не превышает 40 л]мин.
На рис. 135 представлен график расхода аргона и водорода
при механизированной резке алюминия проникающей дугой.
Большое влияние на качество кромок реза оказывает ско-
рость резки, которая зависит от величины тока. На рис. 136
изображены три схемы, характеризующие процесс резки при раз-
личных скоростях. При слишком большой скорости резки элек-
трическая дуга не успевает проплавить металл по всей толщине
листа, а расплавляет только его верхнюю часть и сквозного реза
в этом случае не получается (рис. 136, а). При слишком малой
скорости резки электрическая дуга расплавляет металл не толь-
ко в самой полости реза, но и рядом с ней. Этот избыточно рас-
плавленный металл, стекая вниз, приваривается к нижней кром-
ке реза и поверхность реза в этом случае получается с большими
натеками расплавленного металла на нижней кромке. Электри-
ческая дуга при этом проходит через всю толщину металла и
выходит наружу в виде вертикальной струи (рис. 136, б). При
правильно подобранной скорости резки дуга расположена почти
целиком внутри полости реза и наружу выходит только неболь-
шой язычок пламени (рис. 136, в). В этом случае горение дуги
происходит с небольшим отставанием по нижней кромке отно-
сительно верхней, а поверхность реза получается ровной и чис-
той. Нижние кромки свободны от налипшего металла, а качество
поверхности реза получается почти таким же, как и при резке
алюминия ленточными пилами и дисковыми фрезами.
Чистая ровная поверхность кромок реза, получаемая при пра-
вильно подобранных расходах газа и скорости резки, позволяет
использовать их для сварки в ряде случаев без дополнительной
обработки.
Ширина кромок реза. выполненных проникающей дугой при
обработке алюминия и его сплавов, является неодинаковой по
толщине разрезаемого металла. Например, при обработке про-
никающей дугой 20 мм листа алюминия ширина реза у верхних
кромок составляет около 7 мм, в то время, как у нижних кромок
его ширина равна 3—4жл1. С увеличением толщины разрезаемо-
го металла эта разница в ширине реза по толщине листа стано-
вится менее заметной и кромки реза делаются более вертикаль-
ными.
352
Рис. '135. Расход аргона и водорода при механи-
зированной резке алюминия проникающей дугой
Рис. 136. Схемы резки алюминия проникающей дугой при
скоростях резки:
а — скорость выше оптимальной, б — скорость ниже оптимальной,
в — оптимальная скорость
23-956
353
Скорость резки проникающей дугой зависит от величины тока
режущей дуги. Чем больше ток, тем эффективнее идет процесс
расплавления металла и больше скорость резки.
Наиболее высоких значений скорость резки проникающей ду-
гой достигает при механизированной прямолинейной резке. На-
пример алюминий толщиной 6 мм при механизированной прямо-
линейной резке можно резать со скоростью 8 mImuh. С увеличе-
нием толщины разрезаемого металла скорость резки падает,
оставаясь однако достаточно высокой. Так, максимальная ско-
рость резки алюминия толщиной 20 мм составляет 1,6 м/мин.
Вырезка вручную фигурных деталей с такими высокими ско-
ростями затруднена, так как рабочий не успевает перемещать ре-
зак и следить за линией разметки. Поэтому при ручном ведении
процесса искусственно снижают скорость резки. Для этого при-
меняют аргоно-водородную смесь с меньшим содержанием во-
дорода, уменьшают величину рабочего тока при резке тонколис-
тового материала и растягивают дугу на большее расстояние.
Все эти мероприятия позволяют успешно осуществлять- резку
алюминия и его сплавов вручную по заданной линии разметки,
начиная с толщины 4—5 мм при механизированной и с 5—7 мм
при ручной резке.
В табл. 57 приведены режимы и показатели механизирован-
ной и ручной резки алюминия различной толщины.
Резка нержавеющих сталей. Наряду с резкой алюминия и
его сплавов проникающей дугой можно также обрабатывать и
нержавеющие стали. При резке нержавеющих сталей использо-
вание в качестве газовой струи аргоно-водородной смеси невы-
годно по сравнению с кислородно-флюсовой резкой (более низ-
кая, производительность, высокая стоимость аргона).
Следует также отметить и то обстоятельство, что в аргоно-
водородной смеси не удается получить качественные кромки ре-
за нержавеющих сталей вследствие образования больших и труд-
ноотделимых наплывов металла на нижней стороне реза.
Значительно лучшие результаты при резке нержавеющей ста-
ли получаются при использовании в качестве рабочего газа вме-
сто аргоно-водородной смеси азота. Способствуя получению
качественных кромок реза и обладая значительно более низкой
стоимостью, чем аргон, азот делает указанный способ резки до-
статочно экономичным.
При резке нержавеющих сталей с применением азота получа-
ются чистые и ровные кромки реза, без наплывов на нижней сто-
роие листа.
Являясь, как и водород, двухатомным газом, азот при про-
хождении через дугу распадается на атомы с поглощением боль-
шого количества тепла. Распад азота происходит по уравне-
нию
N2 -> 2N — 25 900 кал!мол.
354
Таблица 56
Режимы резки алюминия проникающей дугой
Вид резки Тол- щина л-иста, мм Ток, а Расход газов, л/мин Ско- рость резки, MMlMUH Расход газов, л/пог-м Расход электро- энергии, квт-ч! пог. м
Аргон Водо- род Аргон Водо- род
6 400 15 8 8000 1,8 1 0,15
6 250 15 8 2500 5,8 3,1 0,48
12 400 19 10 4500 4 2 0,2
Механизирован- 12 280 19 10 2000 9 5 0,45
ная 20 400 23,5 12 1600 15 8 0,5
20 250 23,5 12 1000 21 И 0,8
30 400 24 13 800 30 16 1,5
30 300 24 13 600 40 21,5 2,0
6 200 19 5 1500 12,6 3,3 0,39
12 280 23,0 6 1000 23 6 0,7
20 300 28,5 7,0 600 46,6 11,6 1,0
Ручная 25 330 28,5 7,0 500 57 14 1,2
32 350 29,5 7,5 450 59 16,8 1,8
38 360 30,5 7,8 400 76 19,5 2,15
50 380 31 7,8 350 88 22,2 2,6
70 400 33 8,2 280 117 29,2 3,8
Атомы азота, попадая в полость реза и соприкасаясь с холод-
ными стенками металла, вновь соединяются в молекулы, выде-
ляя при этом тепло, затраченное на их распад. В связи с тем
что это тепловыделение (259 000 кал/мол) значительно превыша-
ет тепло, выделяемое при соединении двух атомов водорода,
которое составляет только 100 600 кал/мол, при работе с азотом
обеспечивается эффективный перенос тепла от дуги к металлу,
вследствие этого продукты расплавления получаются достаточ-
но жидкотекучими и легко выдуваются газовой струей, не обра-
зуя трудноотделимых наплывов на нижней кромке реза.
Большое значение для получения качественных кромок реза
при обработке нержавеющих сталей имеет расход газа. Прирез-
ке металла толщиной до 14—16 мм и недостаточном расходе азо-
та наблюдается образование трудноотделимых наплывов на
нижней поверхности реза.
На рис. 137 представлен график расхода азота, обеспечиваю-
щего наилучшее качество поверхности реза при резке нержаве-
ющих сталей толщиной до 26 мм. Как видно из этого графика,
расход азота, достигающий очень высоких значений при резке'
тонколистового металла, значительно снижается с увеличением
толщины обрабатываемого металла. Расход газа, необходимый
для резки стали толщиной 24—26 мм, составляет около
1000 л/час. При указанном расходе азота можно осуществлять,
резку сталей толщиной от 24—26 мм до 70—80 мм. Столь невы-
355
сокий расход газа способствует получению в процессе резки
«мягкой дуги», т. е. такой дуги, которая вследствие ламинарного
истечения газовой струи способна значительно удлиняться, что
является особенно важным при резке металла значительной тол-
щины.
нержавеющих
сказывается
На производительность азотно-дуговой
резки
сталей и качество поверхности реза положительно
добавление к азоту небольшого количества водорода
Толщина металла
Рис. 137. Расход азота при резке нержавеющих
сталей проникающей дугой
при
резке
Большое значение при азотно-дуговой
резке нержавеющих
сталей имеет чистота применяемого азота. Даже при использова-
нии азота 1-го сорта, содержащего до 1% кислорода, расход та-
рированных вольфрамовых электродов значительно повышается
по сравнению с расходом их в аргоно-водородной смеси, однако
повышенный расход вольфрама не препятствует ведению процес-
са резки.
При использовании азота с еще более высоким содержанием
кислорода (до 4—5%) качество поверхности реза получается до-
статочно высоким, но расход вольфрама при этом настолько по-
вышается, что требуется уже частая перестановка вольфрамового
электрода, что препятствует устойчивому ведению процесса рез-
ки. Однако при отсутствии азота, содержащего до 1% кислоро-
356
Таблица 57
Режимы механизированной резки нержавеющих сталей 1Х18Н9
Толщина стали, мм Ток, а Скорость резки, mmImuh Расход газа, л/час Удельный расход газа>. л1пог. м
Азот Водород Азот Водород
6 250 2200 6200 47 .
10 300 1000 4500 — 75 —
16 350 440 2300 — 87 —
20 350 350 1500 — 71,4 —
24 400 300 1000 — 5,5 —
30 400 400 1000 300 41,7 12,5
40 400 350 1000 300 47,9 14,3
50 400 300 1000 300 55,5 16,6
да, резку нержавеющих сталей
более высоким содержанием кислорода,
небольшом количестве к аргону.
При резке нержавеющих сталей в
можно осуществлять азотом
добавляя этот азот в
Таблица 58
аргоно-азотной смеси качество поверхно-
сти реза получается достаточно хорошим,
а производительность резки несколько
снижается по сравнению с резкой не-
ржавеющих сталей в одном азоте.
В табл. 57 приведены режимы и пока-
затели механизированной резки нержа-
веющих сталей 1Х18Н9 проникающей
дугой в азоте и в азотно-водородной
смеси. При ручном ведении процесса
скорости резки снижаются на 20—25% по
сравнению с механизированной резкой.
Резка меди и ее сплавов. Газоэлектри-
ческая резка меди менее эффективна,
так как использование аргоно-водородных
Скорость резки меди
проникающей дугой
в водороде
Толщина меди, мм Скорость резки, мм}мин-
20 415-500
30 200-250
35 165—200
40 130-165
60 83-100
80 50—65
смесей не обеспечи-
вает достаточной производительности процесса.
С помощью резательных установок ВНИИАВТОГЕН при ус-
ловии питания режущей дуги от двух сварочных преобразовате-
лей постоянного тока и использования газовой смеси с повышен-
с
ным содержанием водорода можно успешно производить резку
меди толщиной до 40—45 мм. Для резки меди указанной толщи-
ны может быть также использован один азот. Скорости резки
меди в аргоно-водородной смеси и азоте являются очень невы-
сокими.
357
Значительно более высокая производительность резки и ка-
чество поверхности реза получаются при резке меди проникаю-
щей дугой в среде водорода. В этом случае рез получается более
узким, а боковая поверхность реза — полностью свободной от
натеков выплавленного металла. Однако использование водоро-
да для получения газовой струи требует более высокого напряже-
ния на дуге, которое не может быть обеспечено двумя сварочны-
ми генераторами.
Для резки меди толщиной до 80 мм могут быть использова-
ны резательные головки УПР, разработанные Всесоюзным науч-
но-исследовательским институтом электросварочного оборудова-
ния, которые комплектуются специальным источником питания
электрической дуги, обеспечивающим высокое напряжение на
дуге, что позволяет осуществлять резку меди в струе водорода.
В табл. 58 приведена скорость резки меди проникающей дугой
в водороде при расходе его 50 л)мин.
Резка проникающей дугой может быть также использована
для обработки различных сплавов меди — бронз, латуней и т. п.
Эти сплавы обладают более низкой теплопроводностью по срав-
нению с медью, вследствие чего они лучше обрабатываются про-
никающей дугой.
При резке сплавов меди для питания режущей дуги следует
использовать два стандартных сварочных преобразователя, вклю-
ченных последовательно. Например, резку латуни толщиной до
35—40 мм можно производить дугой в'аргоно-водородной смеси,
а для толщин до 50—60 мм целесообразнее применять азот или
азотно-водородную смесь.
Глава XXI
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
РЕЗКЕ МЕТАЛЛОВ
Газоэлектрическая резка требует соблюдения правил по тех-
нике безопасности, обусловленных использованием электроэнер-
гии при напряжении до 380 в, сильным разбрызгиванием капель
расплавленного металла при резке, сильной излучающей способ-
ностью дуги, а также загрязнением воздуха продуктами резки.
Все работы при газоэлектрической резке выполняются с при-
менением электрической дуги, излучающей видимые световые и
невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, оказываю-
щие вредное влияние на зрение. Длительное облучение инфра-
красными лучами может вызвать даже потерю зрения. Видимые
световые лучи при длительном облучении ослабляют зрение.
Даже кратковременное облучение ультрафиолетовыми лучами
358
вызывает ожоги сетчатой оболочки глаз и открытых частей тела.
Ожог сетчатой оболочки глаз сопровождается острой болью и
слезотечением. Ожоги открытых частей тела ультрафиолетовы-
ми лучами наблюдаются у работающих главным образом вблизи
мест дуговой резки и напоминают солнечные ожоги.
Для защиты глаз и кожи лица электрорезчика от вредного
действия излучений электрической дуги применяют щитки и шле-
Рис. 138. Щиток и шлем для защиты лица резчика
Таблица 59
Типы светофильтров
Величина тока, используемого при газоэлектрической резке, a Тип свето- фильтра
До 100 ЭС-100
От 100 до 300 ЭС-300
, 300 . 500 Э С-500
дополнительно вставляет-
мы (рис. 138), изготовляемые в соответствии с требованиями
ГОСТ 1361—42 из материала, не пропускающего ультрафиолето-
вые и инфракрасные лучи и не воспламеняющегося от брызг;
таким материалом обычно служит
листовая фибра темного цвета. В
случае отсутствия фибры может
быть использована тонкая листовая
фанера, окрашиваемая в черный
цвет. В щиток или шлем с наруж-
ной стороны вставляется свето-
фильтр (пластинка из темного стек-
ла), которая совершенно не пропус-
кает ультрафиолетовые лучи, а ин-
фракрасные лучи пропускает лишь
в пределах 0,1—4% их общего ко-
личества.
С наружной стороны светофильтра
ся прозрачное стекло для предохранения светофильтра от пов-
реждения брызгами расплавленного металла. Тип светофильтра
выбирается в зависимости от величины тока согласно данным
табл. 59.
Подсобные рабочие, работающие с резчиком, должны носить
очки шоферского типа со стеклами ГС-3 или ГС-7.
Для защиты работающих в цехе рабочих от излучения дуги
место резки ограждают кабиной или переносными щитами. Ка-
бина представляет собой огражденное с четырех сторон квадрат-
359
ное или прямоугольное помещение площадью от 2X2 до 2X3 м.
Стены кабины делаются высотой 1,8—2 м; для лучшей вентиля-
ции стены не доходят до уровня пола на 150—200 мм. В качестве
материала для стен кабины и щитов используют тонкое железо
или фанеру, пропитанную огнестойким составом.
Для предупреждения возможного попадания лучей дуги в
остальную часть помещения дверной проем кабины обычно за-
крывается брезентовым занавесом, повешенным на кольцах.
При обработке крупногабаритных изделий или при раскрое
больших листов рабочее место следует ограждать ширмами или
щитами для защиты окружающих от лучей электрической дуги.
Для защиты тела от излучений дуги и брызг расплавленного
металла резчик и его подручные должны работать в спецодежде
из плотного брезента. Для повышения стойкости брезентовой
спецодежды от прожигания брызгами расплавленного металла
ткань следует пропитывать специальными составами, повь/шаю-
щими ее огнестойкость. Спецодежда должна быть застегнута на
все пуговицы, а карманы куртки закрыты клапанами. Незастег-
нутая спецодежда, распущенные волосы и пр. могут загореться
от брызг расплавленного металла и вызвать сильный ожог. За-
прещается заправлять куртку в брюки. Брюки следует носить
навыпуск, чтобы они прикрывали верх ботинок. Так как руки
резчика могут сильно нагреваться от расплавленного металла,
то они должны всегда быть защищены брезентовыми рукавица-
ми. Брезентовые рукавицы должны также иметь и подсобные
рабочие, убирающие вырезанные детали, так как остатки вы-
плавленного металла могут оставаться на обрабатываемых дета-
лях в виде острых натеков и вызвать порезы рук.
При выполнении электрорезательных работ необходимо стро-
го соблюдать меры пожарной безопасности. Причиной пожара
могут явиться брызги расплавленного металла или раскаленные
огарки угольных или графитовых электродов при воздушно-ду-
говой резке, которые, .попадая на легковоспламеняющийся мате-
риал, вызывают его загорание. Вблизи рабочего места при воз-
душно-дуговой резке должен иметься железный ящик для огар-
ков электродов. При разделительной резке для улавливания
крупных капель, которые образуются при газоэлектрической рез-
ке нержавеющих сталей, устанавливается специальный поддон.
Нельзя производить электрорезательные работы на расстоя-
нии ближе 10 м от взрывоопасных веществ, которые, кроме того,
должны закрываться огнестойкими материалами. Место резки
должно быть очищено от легковоспламеняющихся веществ и
строительного мусора.
При газоэлектрической резке в монтажных условиях, если под
местом резки проводятся какие-либо работы, следует устанав-
ливать специальные полости для предохранения работающих
внизу от капель выплавленного металла.
360
Для быстрой ликвидации пожара вблизи места резки всегда
должны находиться ящик с песком и ручной огнетушитель.
Нельзя ограничиваться противопожарными мероприятиями
только на самом рабочем месте резчика. Необходимо уделять
также большое внимание резательному оборудованию. Следует
избегать перегрева отдельных элементов электрооборудования,
входящего в состав резательной установки. Перегретые током ме-
таллические предметы могут вызвать загорание изоляции про-
водников с последующим распространением пламени на другие
горючие материалы. Во избежание появления в электрических
проводах искрения необходимо следить за плотностью соедине-
ний проводов друг с другом и правильностью присоединения их
к источникам питания электрической дуги. Запрещается соедине-
ние проводов скруткой; присоединение проводов к оборудованию
необходимо производить при помощи напаянных наконечников
или специальных оконцевателей.
Особое значение при газоэлектрической резке имеет соблю-
дение необходимых мер электробезопасности. Резчику всегда не-
обходимо помнить, что он работает со сварочным преобразовате-
лем постоянного тока, который подключен к сети высокого напря-
жения. Если в обмотках машины повреждена изоляция и
происходит замыкание на корпус, а оборудование не заземлено,
то при случайном прикосновении к корпусу ток пройдет через
тело резчика, что может явиться причиной несчастного случая.
Поэтому корпуса электросварочных машин должны быть надеж-
но заземлены медным проводом сечением не менее 6 мм2 или
стальной шиной сечением не менее 12 мм2. Заземляющие про-
вода и шины соединяют с железной трубой, зарытой в землю на
глубину не менее 2 м.
Перед началом работы необходимо проверять надежность
изоляции рукоятки резака. Если рукоятка резака плохо изолиро-
вана, то при соприкосновении с ней может произойти замыкание
электрической цепи через тело резчика, а высокое напряжение
холостого хода на клеммах двух сварочных преобразователей
постоянного тока типа ПС-500, соединенных последовательно при
резке проникающей дугой, равно 170—190 в и не является без-
опасным.
При выполнении работ непосредственно на обрабатываемом
металле, соединенном с одним из полюсов сварочного генератора,
резчик должен выполнять работу или в резиновых галошах, или
на резиновой подстилке, подшитой войлоком. Высокое напряже-
ние на дуге при резке толстолистового металла проникающей
дугой может достигать 80—100 в и не особенно опасно для рез-
чика при надежной изоляции рукоятки резака, так как вольфра-
мовый пруток, являющийся одним из электродов, утоплен внутри
головки резака, что исключает случайное прикосновение.к нему.
Зажигание вспомогательной дуги следует осуществлять, направ-
361
ляя резак в сторону, так как случайное просачивание водорода
при возбуждении вспомогательной дуги может его воспламенить.
При зажигании вспомогательной дуги с помощью зажигалок
путем замыкания ими зазора между вольфрамовым электродом
и водоохлажденным наконечником следует пользоваться только
зажигалкой с изолированным корпусом.
К работам по электрорезке запрещается допускать лиц без
проверки их знаний по мерам электробезопасности. Отключение
и мелкий ремонт сварочного электрооборудования должны про-
изводиться цеховым электриком. Резчикам и их подручным кате-
горически запрещается самим производить подключение электро-
сварочного оборудования к электросети.
Под влиянием высокой температуры электрической дуги ме-
талл в процессе дуговой резки плавится. Плавление металла в
ряде случаев сопровождается выделением его паров, которые
поднимаются вверх, конденсируются и окисляются кислородом
воздуха, образуя очень тонкую пыль окислов металла. Особенно
это заметно при резке проникающей дугой, которая имеет более
высокую температуру, чем обычная сварочная дуга.
Для удаления вредных газов от места производства резки
предусматривается вентиляция, при помощи которой загрязнен-
ный воздух удаляется, а вместо него подается чистый. При газо-
электрической резке следует применять приточно-вытяжную вен-
тиляцию.
Подача в цех свежего воздуха производится через общецехо-
вую вентиляционную установку, а вытяжка загрязненного воз-
духа должна производиться как общецеховой вентиляцией, так
и местными вытяжными устройствами. Применение только общей
вытяжной вентиляции является недостаточно эффективным. Для
отбора воздуха рабочие места следует оборудовать наклонными
вытяжными панелями с боковым отсосом. Вытяжные зонты с
верхней вытяжкой могут быть использованы при воздушно-дуго-
вой резке, однако при резке проникающей дугой они являются
малоэффективными.
При резке проникающей дугой больших листов и крупных
конструкций вблизи дуги целесообразно устанавливать местные
отсосы передвижного типа, соединенные с вытяжкой передвиж-
ными трубами и телескопическими фланцами.
При резке проникающей дугой в качестве рабочих газов ис-
пользуются сжатые газы: аргон, водород и азот, хранимые в
стальных баллонах иод давлением до 150 ати.
Обращение с баллонами требует аккуратности и осторожно-
сти. Баллоны со сжатыми газами следует хранить на специаль-
ных складах, находящихся на расстоянии 25—50 м от производ-
ственных цехов. Питание резательных постов газами может
осуществляться из специального рампового помещения по тру-
бопроводам. При небольших объемах резательных работ балло-
362
ны с аргоном и азотом устанавливаются непосредственно в цехе,
на расстоянии не менее 7—10 м от места горения дуги.
Так как аргон и азот — химически неактивные газы, то опас-
ность образования взрывчатых смесей отсутствует. Однако силь-
ные удары баллонов при их падении, толчках и т. п., нагрев
баллонов посторонними источниками тепла могут способствовать
их взрыву. При нахождении баллонов в цехе они должны быть
прикреплены к раме цепью или специальным хомутом.
Баллоны с водородом лучше устанавливать вне цехового по-
мещения на открытом воздухе, в отдельном помещении или же-
лезном шкафу.
В связи с тем что водород образует с воздухом взрывчатые
смеси, то во избежание возможных утечек водорода необходимо
периодически проверять герметичность всех водородных комму-
никаций и избегать продолжительного выхода водорода в атмос-
феру. Если производственное помещение имеет достаточную ку-
батуру и хорошую вытяжную вентиляцию, то баллон с водородом
может быть установлен непосредственно в цехе.
ЛИТЕРА ТУРА
Васильев К. В., Шапиро И. С. Дуговая электрическая резка ме-
таллов. Трудрезервиздат, 1958.
Шапиро И. С. Воздушно-дуговая резка металлов. Библиотечка авто-
генщика. Вып. 3. Машгиз, 1960.
РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ПРАВКА
Правка — это технологическая операция, в процессе которой
изделие пластически деформируется под влиянием изгиба, кото-
рый вызывает в изделии растяжение и сжатие соответствующих
участков.
Правка является необходимой операцией технологического
процесса при сварке конструкций, которые изготовляются в ос- ,
новном из горячекатаной листовой стали, а также из отливок и
поковок.
Поставляемая горячекатаная листовая сталь согласно
ГОСТ 5681—57 может иметь волнистость (кривизну листов в
продольном направлении) и коробоватость листа до 12 мм на
1 пог. м.
Перед резкой на гильотинных ножницах листовой стали тол-
щиной до 25 мм либо перед кислородной резкой листовой стали
толщиной более 25 мм необходимо листы выправить, уменьшив
неплоскостность до 0,5—1,0 мм на 1 пог. м. Из исправленного
листа нельзя вырезать точные по размерам детали.
После резки ножницами или кислородной резки элементы
сварных конструкций вновь деформируются, т. е. изменяют свою
правильную форму и размеры. Поэтому после резки элементы
конструкций должны правиться, чтобы обеспечить равномерный
и симметричный скос кромок под сварку. На плохо правленном
листе снятые кромки будут неодинаковы и, следовательно, объем
наплавленного металла по обе кромки элемента будет также
различным. При этом резко возрастают коробления, т. е. дефор-
мация сварной конструкции.
Процесс сварки неизбежно связан с деформациями конструк-
ции. Правильно разработанный технологический процесс сборки
под сварку, широкое применение новых прогрессивных методов
электрошлаковой сварки способствуют уменьшению деформаций
конструкций, но не могут полностью их снять.
Следовательно, возникает необходимость правки сварной кон-
струкции в,целом, так как в противном случае отдельные эле-
менты конструкции будут работать в крайне неблагоприятных
условиях. Кроме того, будет невозможно обеспечить необходимую
механическую обработку сопрягаемых узлов.
364
Стальные отливки и поковки из-за неравномерного охлажде-
ния также часто поступают на обработку с такими деформация-
ми, при которых обработка изделия без правки невозможна.
До последнего времени широко применялись в основном два
вида правки: холодная, т. е. правка, перед которой изделия не
подогреваются, и горячая с предварительным равномерным по-
догревом. Деформации изгиба достигались безударной правкой
на многовалковых вальцах или прессах либо при помощи струб-
цин и правкой ударной — молотками или кувалдами.
Холодная правка металлов широко применяется в машино-
строении, однако в настоящее время этот вид правки ограничен
по своим возможностям. Существующий парк оборудования поз-
воляет выполнять правку плоских элементов толщиной примерно
до 100 мм, в то время как применяемые в современном машино-
строении элементы сварных конструкций имеют толщину до
400 мм и выше.
Применяемое для правки оборудование громоздкое и дорого-
стоящее.
Горячая правка, несколько расширяя возможности правки
толстолистовой стали, требует также наличия дорогостоящих
прессов. Сам процесс правки весьма трудоемкий.
Как холодный, так и горячий способы правки не позволяли
править сварную конструкцию и поэтому не нашли практического
применения при изготовлении таких конструкций.
Решение задачи успешной правки элементов сварных конст-
рукций практически неограниченной толщины в виде листов, от-
ливок, поковок и профильного проката, а также правки сварных
конструкций любой сложности достигается применением способа
газопламенной правки.
Газопламенная правка как технологический процесс известна
давно, однако широкое применение она получила только в пос-
ледние 5—6 лет.
Простота способа, дешевизна оборудования и хорошие ре-
зультаты газопламенной правки делают необходимым широкое
ее изучение, в частности физических основ и технологических
приемов данного процесса.
Глава XXII
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПРАВКИ
1. СУЩНОСТЬ МЕТОДА
Для того чтобы выправить деталь, т. е. восстановить ее пер-
воначальные формы, необохдимо приложить такие усилия, при
которых напряжения ст в сечении, подвергаемом правке, будут
365
выше предела текучести ст?. Напряжение — это отношение дейст-
вующей силы к сечению элемента, на 'которое она распростра-
няется, т. е.
Р I >
S = — KZCjMM2,
где Р — сила в кгс;
F — площадь поперечного сечения в мм2.
Изделие при правке подвергается пластическим остаточным
Рис. 139. Кривая деформаций в
координатах нагрузка — удлинение
деформациям, т. е. таким, вели-
чина которых даже после снятия
приложенного усилия не изме-
няется.
Зависимость между деформа-
цией (удлинением) испытываемо-
го образца и величиной прйла-
гаемого усилия обычно выража-
ется диаграммой, показанной на
рис. 139. По оси ОХ откладывают ‘
относительное удлинение 8 в %.
Относительное удлинение это от-
ношение фактического удлинения
А/ !к длине I образца, подвергае-
мого растяжению:
Y • юо%. (1)
По оси ОУ откладывают значения прилагаемой для растяже-
ния образца нагрузки Р кгс. Эта диаграмма называется услов-
ной, так как для простоты сечение испытываемого образца все
время остается постоянным. Такая предпосылка позволяет заме-
нить значения усилия Р кгс через напряжение о кгс!мм2.
На участке АБ металл деформируется (в данном случае удли-
няется) упруго. Если снять нагрузку, то образец вновь приобре-
тет первоначальные размеры.
Наименьшее напряжение, при котором в образце обнаружи-
вается остаточная деформация, называется пределом упруго-
сти Чу.
Начальный участок кривой на рис. 139 выражен прямой АБ,
что свидетельствует о прямолинейной зависимости деформации
от усилий, т. е.
о = е£, (2)
где Е — коэффициент пропорциональности, называемой модулем
упругости.
При дальнейшем увеличении нагрузки происходит уже плас-
тическая (необратимая) остаточная деформация металла.
366
Напряжение, при котором остаточные деформации образца
достигают примерно 0,2%, называют пределом текучести (услов-
ным). Малоуглеродистая сталь при деформации за пределом
упругости в течение некоторого времени (это зависит от свойств
стали) продолжает удлиняться даже без дальнейшего увеличения
нагрузки. Это свойство стали выражается на диаграмме участ-
ком, параллельным оси ОХ и называемым участком текучести.
За пределом текучести происходит уже процесс пластической де-
формации.
При холодной правке металлов имеют место холодные пласти-
ческие деформации. При этом вследствие возникновения оста-
точных напряжений и наклепа изменяются свойства основного
металла.
Проведенные Н. П. Щаповым и др. исследования показывают,
что холодная правка снижает пластичность металла, а во многих
случаях может вызвать его разрывы, особенно в местах кон-
центрации напряжений, которые могут в дальнейшем явиться
центрами развития трещин при эксплуатации изделий. Холодная
правка, как правило, понижает ударную’ вязкость деталей. По-
этому для ликвидации неблагоприятного влияния холодной прав-
ки на металл рекомендуется производить его нагрев после правки
до относительно высоких температур 650—700°.
Горячая правка как бы совмещает эти операции. Для умень-
шения усилий, требуемых при правке, а также для улучшения
свойств правленного металла при горячей правке элемент Конст-
рукции предварительно равномерно нагревается, чтобы правку
заканчивать при 700°. Нагрев при этом выполняется по всему
сечению изделия, подвергаемого правке. Горячая правка осу-
ществляется теми же способами и средствами, что и холодная.
Способ газопламенной правки коренным образом отличается
от холодной и горячей правки металлов.
Во-первых, деформации изгиба, необходимые для выправле-
ния элементов изделия в одной плоскости, достигаются не меха-
ническими средствами, а за счет соответствующего использова-
ния остаточных пластических деформаций, возникающих в
результате быстрого и концентрированного местного на-
грева в нужном для правки направлении, пламенем газовой го-
релки.
Во-вторых, если при горячей правке нагрев играет вспомо-
гательную роль, то при газопламенной правке быстрый нагрев
и относительно быстрое охлаждение изделия имеют основное зна-
чение.
Тепловые напряжения, возникающие при газопламенной прав-
ке, по физической сущности такие же, как при дуговой или га-
зовой сварке. Отличие заключается лишь в том, что температура
нагрева при газопламенной правке не превышает 900°, а сам
процесс нагрева протекает сравнительно быстро.
367
Рассмотрим тепловые процессы, а также деформации и на-
пряжения при сварке для определения некоторых закономерно-
стей и для газопламенной правки. Если при сварке мы изучаем
эти явления с целью предотвращения сварочных деформаций, то
в данном случае они полезно используются для ликвидации сва-
рочных деформаций или деформаций, получаемых в результате
газовой резки.
2. ТЕПЛОВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ НАГРЕВЕ
ДО 500°
Из физики известно, что все тела при нагревании расширя-
ются, а при охлаждении сжимаются.
Если стальной стержень длиной I, имеющий температуру 7\
и закрепленный жестко одним концом, нагреть до температуры
Т2 ниже 500°, то поскольку второй конец стержня свободен, он
начнет удлиняться.
Абсолютное удлинение стержня будет равно:
М = (7) — Т2) 1а
или
Ы = ЬТ1а. (3)
Разделив обе части равенства на I и подставляя значение из
формулы (1), получим
е = аДТ, (4)
где а — коэффициент линейного расширения металлов при на-
гревании;
ДЕ— повышение температуры стержня.
Предположим, что значение а не меняется при изменении тем-
ператур, тогда величина относительного удлинения е, или, что то
же, величина относительной деформации будет прямо пропор-
циональна приросту температуры.
Однако в стержне при этом не возникнут напряжения, так
как не было никаких препятствий удлинению стержня.
Если стержень охладить до первоначальной температуры, то
он примет свои первоначальные размеры и никаких остаточных
напряжений в стержне не будет.
Теперь закрепим этот же стержень между двумя абсолютно
жесткими (несжимаемыми) опорами и подвергнем его вновь на-
греву до той же температуры Т2. Стержень при нагревании будет
стремиться получить удлинение, величина которого определена
по формуле (4). Наличие жестких опор препятствует удлинению
стержня и в нем возникнут напряжения сжатия, соответствующие
недопущенной относительной тепловой деформации (удлинению).
368
Так как температура нагрева не превышает 500°, то возникающие
напряжения будут прямо пропорциональны относительной де-
формации по формуле (2):
а
е = — .
Е
Подставляя это значение е в формулу (4), получим величину
напряжения:
а = Е-а-кТ. (5)
Пример: /Т = 2-10® кгс/см2
а=12-106 см/см-град
ДТ=100°.
Считаем, что Е не изменяется при изменении температуры.
Подставляя эти значения в формулу (5), получим:
о = 2 -106 X 12-10~6 X W0 = 2400 кгс/см2.
Величина полученного напряжения выше предела текучести
для обычной малоуглеродистой стали. Следовательно, при на-
греве до 100° стального стержня, зажатого между двумя абсо-
лютно жесткими опорами, будут иметь место не только упругие,
но и пластические деформации. Стержень сократит свою длину
и соответственно увеличится его диаметр.
После охлаждения стержня длина его оказалась бы меньше
на величину пластических (остаточных) деформаций сжатия.
Однако, если стержень, нагретый до температуры Т2, закре-
пить между опорами неподвижно, то, охлаждаясь, стержень не
сможет сжиматься ввиду препятствия, создаваемого зажимами.
В этом случае в стержне возникнут напряжения растяжения, ве-
личину которых можно подсчитать таким же способом. Если ве-
личина напряжений растяжения будет выше предела текучести
от, то возникнут пластические деформации растяжения.
В практике газопламенной правки мы сталкиваемся с метал-
лами, которые не являются абсолютно жесткими. Поэтому рас-
смотрим характер возникновения напряжений и деформаций в
том случае, если при нагреве стержень будет иметь возможность
перемещения на величину С, а при охлаждении на величи-
ну Ci.
При нагревании стержень сначала свободно удлинится на ве-
личину С (рис. 140, а). При этом напряжения не возникают. Да-
лее в стержне начнут накапливаться напряжения, пропорцио-
нальные величине недопущенных опорой тепловых деформаций,
равные
Ы — С
I
24-956
369
Обозначим тепловые относительные деформации—== к, а
Q
фактические относительные деформации По формуле (2)
можно определить величину напряжений, возникающих в этом
случае:
а = гЕ.
Здесь мы имеем:
д/— С М С 1 Л
8 = ---- —-------- = л — 3,
III >
Поэтому
а;=£(Х-Д),
Так как тепловые деформации Х = «ДТ, то
а = £(Х-Д) = д(аДГ- yj .
На рис. 140, б графически показаны вычисленные по формуле
(5) относительные тепловые деформации X и фактические дефор-
мации Д.
На рис. 140, в показано развитие напряжений о. Эти напря-
жения накапливаются пропорционально росту температуры Т
с момента, когда стержень встретил препятствие своему даль-
нейшему расширению.
Если величина относительных деформаций больше 0,2%, т. е.
больше ет соответствующих пределу текучести ато возникнут
пластически^. деформации.
Очевидно, что при дальнейшем нагреве будут иметь место
только пластические деформации и, следовательно, напряжения
накапливаться не будут; это видно из графика рис. 141, а, б.
В момент времени ?2 значение относительных деформаций е=вт.
Дальнейшее увеличение нагрева приводит к накоплению пласти-
ческих деформаций, величина которых имеет наибольшее значе-
ние е при наибольшем значении температуры:
С
£пл.макс О' ^макс £Т’
Поскольку пластические деформации необратимы, то в момент
полного остывания, т. е. при t5, стержень относительно укоро-
тится до епл-макс. Удлинение стержня откладываем вверх от оси
координат, сокращение — вниз. Поэтому в момент остывания
епл.макс отложено ВНИЗ.
При снижении температуры стержень свободно сократится на
величину Ci (рис. 142, а). Затем сокращению стержня вновь бу-
дет препятствовать опора. В стержне начнут накапливаться на-
370
Рис. 140. Характер изменения тепловых и
фактических деформаций и напряжений при
налреве и охлаждении стержня
Рис. 141. Образование пластических де-
формаций сжатия при нагреве стержня
24*
пряжения, величина которых будет пропорциональна величине
недопущенных деформаций:
I гпл.макс
(6)
Подставляя значение епл.макс > получим:
Рис. 142. Образование пластических деформа-
ций растяжения при охлаждении стержня
Если при этом величина недопущенных относительных дефор-
маций (е пл.макс —Ci) будет больше ет соответствующего пределу
текучести сгт то будут иметь место пластические деформации
растяжения, равные:
^пл.раст £пл.макс £т Ц А 7макс 2sT. (7)
Из этой формулы следует, что чем выше температура нагрева
и чем меньше свобода перемещения (как при нагреве, так и при
охлаждении), то тем больше будет величина пластических дефор-
маций растяжения.
372
На рис. 142, б пластические деформации епл растяжения от-
ложены вверх и поэтому фактическая величина сокращения
стержня несколько уменьшается.
3. ТЕПЛОВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ НАГРЕВЕ
БОЛЕЕ 600°
Величина предела текучести от, как и все механические свой-
ства металлов, меняется с изменением температуры. Поскольку
при правке нужно достигнуть таких относительных деформаций,
которые соответствуют значению предела текучести, следует
Рис. 143. Изменение предела текучести и соответствую-
щих ему относительных деформаций в зависимости от
изменения температуры
*
установить, как с изменением температуры изменяется величина
относительных деформаций, соответствующих пределу текучести,
и предел текучести. Такая упрощенная зависимость показана на
рис. 143 сплошной линией. Согласно этой зависимости при Т =
= 500° величина предела текучести начинает резко уменьшаться
и при Т=600° практически равна нулю.
Так как величина напряжений возрастает до величины, со-
ответствующей пределу текучести, то с уменьшением предела
текучести будет соответственно уменьшаться и величина накап-
ливаемых напряжений. Если предел текучести равен нулю, то
величина напряжений также равна нулю. Металл, нагретый свы-
ше 600°, находится в пластическом состоянии и напряжения в нем
отсутствуют.
Если нагревать стержень, перемещения которого при нагреве
ограничены, на величину С и при охлаждении на величину Ci
до температуры более 600°, то до 500° развитие напряжений и
373
деформаций будет соответствовать описанному в предыдущем
пункте (ом. рис. 142, а)..При дальнейшем нагреве в интервале
температур от 500 до 600°, как это видно из рис. 142, а, б, для
момента времени от t3 до /4 напряжения, а следовательно, упругие
деформации начнут уменьшаться, а пластические — возрастать.
При температуре 600° напряжения и упругие деформации будут
равны нулю, так как о—еЕ.
При нагреве свыше 600° будут развиваться только пластиче-
ские деформации сжатия. При охлаждении, пока температура
выше 600° в стержне, не возникнет никаких напряжений. Стер-
жень не будет оказывать сопротивления и в нем возникнут толь-
ко пластические деформации растяжения. При* достижений тем-
пературы 600° в стержне начнут проявляться упругие свойства
и дальнейшее сопротивление сокращению стержня приведет к
накоплению в нем напряжений растяжения.
Эти напряжения будут пропорциональны разности действи-
С
тельных деформаций Д = — и деформаций, которые имели‘бы
место при свободном сокращении стержня, равных тепловым де-
формациям за вычетом пластических деформаций сжатия, т. е.
к — г
пл.макс
Q
Из графика на рис. 144, а видно, что е пл.ст = а • 600° — ,
где 600° — максимальная температура, при которой могут разви-
ваться относительные деформации.
Величина пластических деформаций растяжения не зависит
от температуры нагрева, если она выше 600°.
В общем случае, когда фактическое удлинение (при остыва-
нии стержня до 600°) равно С и изменяется до С] при нулевой
температуре, то величина остаточных пластических деформаций
равна:
®пл.раст = а 600° - Ь - у- - ет. (8)
Следовательно, величина остаточных деформаций зависит от
величины фактических деформаций С, которые имел стержень в
момент остывания до температуры 600°, и от величины действи-
тельных деформаций Сь которые стержень получит в момент
остывания.
На основании изложенного можно сделать следующие вы-
воды:
1. Остаточные деформации и напряжения могут накапливать-
ся в равномерно нагретом- стержне только в том случае, если в
момент нагрева или остывания оц испытывал жесткое сопротив-
ление/ вызвавшее пластические деформации стержня.
374
2. Остаточные, фактические деформации равномерно нагре-
того стержня, свободно деформирующегося при остывании, рав-
ны: а) деформациям в момент, когда температура стержня при
остывании достигнет 600° (при нагреве свыше 600°); б) деформа-
циям, накопленным в момент наивысшего нагрева (при нагреве
до 500°).
3. В условиях высоких температур нагрева и наличия препят-
ствия свободному деформированию металла во время остывания
в стержне развиваются пластические деформации растяжения.
4. При газопламенной правке, как это будет показано далее,
используются деформации сокращения (сжатия).
Р:ис. 144. Образование пластических деформа-
ций и напряжений при напреве выше 600°
4. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ
НАГРЕВЕ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКОЙ
При дуговой или газовой сварке металлов, а также при газо-
пламенной правке в отличие от литья и горячей штамповки осу-'
ществляется не общий, а местный нагрев 'металла. В этих усло-
виях распределение температуры в металле носит неравномер-
ный характер.
Нагрев металла пламенем газовой горелки происходит за счет
теплообмена между горючими газами й участком поверхности
нагреваемого металла, который они омывают.
Чем выше температура пламени и чем ниже температура ме-
талла, тем больше количество тепла, вводимого в металл за еди-
375
ницу времени, т. е. тем выше эффективная мощность пламени,
измеряемая в кал/сек. В первый период нагрева, когда темпера-
тура нагреваемого тела низкая, происходит быстрое повышение
температуры нагреваемого металла. Однако область повышен-
ных температур достигает определенного предела, ограниченного
пространственными поверхностями с одинаковой температурой
(изотермическими поверхностями), которые образуют простран-
ственное температурное поле.
Во второй период нагрева, именуемый предельным или
установившимся состоянием нагрева, не происходит даль-
нейшего повышения температуры.
Процесс распространения тепла от какого-либо источника в
массивном теле, пластине (лист средней толщины) или тонком
слое (тонкий лист) качественно одинаков. Различие в основном
заключается в том, что с уменьшением толщины листа стано-
вятся более естественными условия распространения тепла. Пе-
редача тепла в металле вследствие его теплопроводности настоль-
ко больше передачи за счет теплообмена с воздухом, что прак-
тически можно считать поверхность металла непроницаемой для
тепла. Поэтому, чем тоньше лист, тем медленнее он охлаждается
и тем равномернее его нагрев.
Но даже в тонком листе толщиной 2 мм при нагреве газовой
горелкой (большой эффективной мощности, равной 1100 кал/сек)
распределение температур носит неравномерный характер. По
мере удаления от оси перемещения горелки температура резко
снижается. Например, на расстоянии 25 мм от оси перепад тем-
ператур составляет уже почти 700°. С достаточной для последую-
щих выводов точностью можно считать, что при нагреве тонкого
листа газовой горелкой равномерный нагрев по всей толщине
происходит лишь в узкой полосе нагрева, т. е. примерно в той
части поверхности, по которой перемещается пламя горелки.
Следовательно, относительно всей поверхности листа нагрев его
носит неравномерный характер.
С увеличением толщины листа все более усиливается нерав-
номерный характер нагрева не только по поверхности, но и по
толщине.
Рассмотрим температурное поле предельного теплового со-
стояния при наплавке валика дуговой сваркой на стальной лист
толщиной 20 мм (рис. 145)'ф, при скорости перемещения дуги
у =600 mmImuh и эффективной мощности дзф =1000 кал!сек, что
примерно соответствует эффективной мощности пламени горелки
с наконечником № 4.
С
увеличением толщины максимально достигаемая температу-
ра для каждого нижележащего слоя металла снижается
(рис. 145, а). Например, если максимальная температура в верх-
ней плоскости (толщина z = 0) достигает 1600°, то в нижней,
противоположной плоскости (толщина z = 20 мм)—более 800°.
376
Наибольшая разность температур по длине сосредоточена на
сравнительно узком участке около 80 мм (рис. 145, в). Затем
температуры выравниваются. Наибольшая разность температур
по ширине (рис. 145,<5) носит еще более сосредоточенный харак-
тер и распределяется по участку шириной 40 мм. Следовательно,
Рис. 145. Неравномерный характер распределения температуры
в предельном тепловом состоянии при наплавке валика на сталь-
ной лист толщиной 20 мм:
а — при различных значениях толщин, б —в продольной плоскости, сов-
падающей с движением горелки, в — на верхней плоскости нагрева, г —
на нижней плоскости нагрева, д—в поперечной плоскости относительно
движения горелки
понижение температуры в направлении, поперечном движению
источника тепла, идет быстрее, чем в направлении движения ис-
точника тепла.
Чем больше скорость перемещения источника нагрева, тем
уже становится полоса нагрева и тем больше увеличивается не-
равномерность распределения температур.
Тепло, как видно из рис. 145, в и г, сосредоточено в виде по-
377
лосы нагрева, причем большая его часть накапливается позади
источника нагрева.
Рассмотренные примеры можно свести к двум схемам. При
нагреве тонкого листа быстро движущимся источником тепла на-
гревается сравнительно узкая полоса, равномерная по всей тол-
щине и окруженная практически ненагретым металлом.
При нагреве толстого листа толщиной более 10,0 мм (согласно
опытным данным) узкая полоса нагретого металла имеет нерав-
номерное распределение температуры по толщине, причем наи-
большая температура лежит в плоскости нагрева, и окружена
практически холодным ненагретым металлом..
В рассмотренном случае нагрева толстого листа (рис. 145)
источником нагрева служила сварочная дуга. Изменится ли ха-
рактер кривых распространения максимальных температур, если
источником нагрева будет пламя сварочной горелки?
Представление об этом дает сопоставление кривых распро-
странения максимальных температур при газовой сварке и дуго-
вой сварке листа толщиной 10,0 мм. Общий характер распро-
странения тепла остается примерно таким же, как и сварочной
дугой. Тепло концентрируется в узкой полосе нагрева. Кривые
имеют более пологий характер при газовой сварке, что остается
верным и для газопламенной правки. Это означает, что тепло
распространяется на большую площадь и вызывает, как это ни-
же будет показано, значительно большие, деформации.
Этим главным образом и предопределяется выбор пламени
сварочной горелки в качестве .источника нагрева для правки,, по-
скольку задача правки и заключается в том, чтобы получить мак-
симальные деформации металла в нужном направлении.
5. НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПРАВКЕ
Напряжения и деформации при правке тонколистовой стали.
При нагреве тонкого листа сварочной горелкой высокие темпе-
ратуры нагрева распределяются только по узкой полосе нагрева
(рис. 146). Остальную часть листа для упрощения будем считать
ненагретой. Нагретая полоса стремится расшириться. Если,бы
эта полоса не находилась в жесткой связи с остальным листом,
то она, подобно свободно односторонне зажатому стержню, рас-
ширилась бы на величину относительных тепловых деформаций:
X = a-At. Для упрощения примем длину данного листа за едини-
цу (Z—4), тогда относительные деформации будут равны абсо-
лютным. При удлинении нагретой полосы ввиду ее жесткой связи
с листом произойдет некоторое удлинение ненагретой части листа,
оказывающей сопротивление свободному расширению нагретой
полосы. В результате возникнет некоторое фактическое удлине-
ние всего, листа на величину А. Согласно формуле (2), поскольку
378
Риг. 146. Схема продольных дефор-
маций и напряжений при газопла-
менной правке тонкого листа:
а — при нагреве, б — после . остывания
мы приняли абсолютные деформации равными относительным,
напряжения на этих участках будут равны oi=A-E.
Сопротивление ненагретых участков вызывает сжатие на-
гретого участка и фактически снижает его тепловые деформации
на величину к Следовательно, разность к— Д будет больше ет
величины относительных деформаций, соответствующих пределу
текучести. Поэтому в зоне нагрева развиваются не только пла-
стические деформации, но и
упругие деформации сжатия.
Напряжения сжатия в этом
случае не могут быть больше
предела текучести (рис. 146, а).
При остывании листа на-
гретая полоса стремится вос-
становить первоначальные раз-
меры. Если бы полоса нагрева
не имела жесткой связи с ос-
тальным листом, то, учитывая
необратимость происшедших
пластических деформаций сжа-
тия, ее длина равнялась бы
/ —в„л '(рис. 146, б).
Наличие жесткой связи с
остальным листом препятству-
ет сокращению полосы нагре-
ва, в результате чего факти-
ческое сокращение этой поло-
сы составит величину Ai. По-
этому на участках, примыкаю-
щих к полосе нагрева, остают-
ся после охлаждения напря-
жения сжатия.
В полосе нагрева, посколь-
ку разность между епл и Ai
больше величины относитель-
ных деформаций, соответст-
вующих пределу текучести, имеют место пластические дефор-
мации растяжения и накапливаются напряжения растя-
жения.
Таким образом, общие остаточные деформации после нагрева
тонкого листа сварочной горелкой представляют собой деформа-
ции сокращения. Предполагается, что зона нагрева совпадает с
осью симметрии листа. Если полоса нагрева смещена . относи-
тельно оси симметрии, то произойдет изгиб.
Нагретая полоса металла стремиться расшириться не только
в продольном направлении, которое рассмотрено выше, но и в
поперечном направлении. Для упрощения можно представить
379
себе полосу нагрева, состоящую из большого количества стер-
женьков, равномерно нагретых и зажатых между двумя поло-
сами ненагретого металла, оказывающего сопротивление как
расширению их при нагреве, так и сжатию при охлаждении.
В результате возникнут остаточные деформации сокращения
по ширине полосы нагрева. Причем поперечное сокращение со-
гласно формуле (3) равно Д6 = Да6, где b — зона нагрева до
температуры Т более 600°. Принимая 7' = 600° (выше этой, тем-
пературы напряжения не развиваются) и зная значение а, можно
подсчитать величину ' ,
Д6 = 0,00886, где 0,0088 = аД7.
Величина поперечных напряжений больше величины продоль-
ных. Это объясняется тем, что температура зоны напрева в по-
перечном направлении практически одинакова, в то время как в
продольном направлении (если рассматривать всю длину полосы
нагрева) она непрерывно меняется. Поэтому развитие продоль-
ных напряжений отстает по времени от развития поперечных на-
пряжений и будет меньше их по величине.
Если лист длиной 1,0 м прогреть полосой поперек листа, обес-
печив равномерный нагрев по всему сечению, лист сократится по
длине вследствие поперечных деформаций на 0,75 мм. При этом
сокращение по ширине, т. е. продольные деформации укороче-
ния, составят всего 0,15 мм. Иными словами, одна поперечная
линия длиной в 1,0 ж дает такие же усадки, как продольная
длиной в 5,0 м.
Величина продольных и поперечных деформаций зависит так-
же от отношения длины нагреваемого тела I к его ширине В.
Чем больше отношение —, т. е. чем уже нагреваемый лист, тем
большее значение будет иметь продольная деформация. Это объ-
ясняется тем, что сопротивление, оказываемое как продольным,
так и поперечным деформациям, зависит от жесткости * ненагре-
тых участков листа. Чем больше отношение —, тем больше про-
дольная и меньше поперечная жесткость.
Вот почему при правке деталей типа валов и брусков исполь-
зуются в основном продольные деформации,
а при
правке
плос-
ких элементов конструкций — поперечные.
Напряжения и деформации при правке толстолистовой стали.
С увеличением толщины листа,
как
уже отмечалось
выше,
воз-
растает неравномерность его нагрева по толщине. Упрощенно в
соответствии с данными рис. 145 очертания кривых распростра-
нения максимальных температур
движения горелки сечении можно
в поперечном
рассматривать
относительно
как
треуголь
* Жесткость выражает зависимость деформаций от нагрузки.
380
ник нагрева, обращенный основанием к поверхности нагрева
(рис. 147).
Разобьем треугольник на отдельные плоские элементы — во-
локна 1, 2, 3, 4 и т. д., как это показано на рис. 147. Очевидно,
каждое из этих волокон можно рассматривать как равномерно
нагретый стержень, зажатый между двумя опорами — жесткос-
тями ненагретых частей листа. Из схемы видно, что длина рав-
номерно нагретых волокон и их температура растут по мере
приближения к поверхности нагрева.
Рис. 147. Схема распространения тепла в попе-
речном сечении толстолистовой стали
Согласно формуле (3) величина относительной тепловой де-
формации
AZ = Ь.Т-1-а.
Следовательно, чем выше температура нагрева и чем больше
длина нагрева I, тем больше величина относительных деформа-
ций. В данном случае величиной I является ширина зоны нагрева
b и &.Ь = \Т-Ь-а. Значит величина относительных тепловых
деформаций будет возрастать в направлении к плоскости нагре-
ва. Жесткость холодного металла по сечению одинакова для всех
слоев. Величина недопущенных деформаций в верхней плоскости
будет большей, чем в нижней. Поэтому величина пластических
деформаций сжатия в момент нагрева будет возрастать в на-
правлении к плоскости нагрева. При остывании напряжения рас-
тяжения будут соответственно большими в плоскости нагрева,
уменьшаясь к вершине треугольника нагрева. Величина стяги-
вающего усилия в верхней плоскости, равная произведению из на-
пряжения растяжения, длины нагрева и площади сечения слоя 1,
будет также постепенно уменьшаться в направлении от плоскости
нагрева (см. рис. 147). Так как развивающиеся стягивающие
381
усилия будут приложены по сечению неравномерно, а, наоборот,
будут смещены относительно оси симметрии, возникает изгибаю-
щий момент, направленный В сторону поверхности нагрева.
В результате 'напрева толстолистовой стали и последующего
ее охлаждения произойдет изгиб листа относительно полосы на-
грева в сторону нагреваемой поверхности.
Этот вывод обоснован на большом практическом опыте. Из-
вестно, что если прямой лист, предположим, толщиной 2Q,0 мм
нагреть горелкой по узкой полосе, то после остывания лист изог-
нется в сторону поверхности нагрева. Этот эффект, объясняемый
неравномерным характером распространения тепла при нагреве
сварочной горелкой, используется для гибки обечаек больших
диаметров и широко используется для правки металлов.
Величину угла изгиба можно приблизительно рассчйтать.
Согласно рис. 147 можно принять
& = 2Mgp, (9)
где р — угол, образуемый в поперечном сечении зоной нагрева
до температур свыше 600°;
Ь — ширина зоны нагрева до Температур свыше 600°.
При остывании наружный слой 1 сократится на величину
Произведение «-Д7’ = 0,0088.
Поэтому
Д& = а-ЛГ-2§-tg р = 2-0,0088-8-tg Р
или
A& = 0-0176-8tgp ' (10)
Нетрудно также показать, что угол поворота при этом ра-
вен:
а = 0-0176 tg-|- • (И)
Глава XXIII
ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПРАВКИ
1. ЭФФЕКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ ПЛАМЕНИ
Источник тепла при газопламенной правке должен обеспечи-
вать интенсивный подвод тепла, превышающий его потери за
счет теплопроводности металла.
Температура металла находится в прямой зависимости от
эффективной мощности пламени. На эффективную мощность
пламени влияют следующие факторы:
382
Расход горючей смеси. С увеличением расхода горю-
чего газа (ацетилена) растет эффективная мощность пламени.
Расход горючей смеси тем выше, чем больше номер наконечника.
Для наконечников сварочной горелки СУ с № 1 до № 7 расход
ацетилена увеличивается со 150 до 2600 л/час, а эффективная
мощность пламени возрастает с 380 до 2250 кал)сек.
Для правки тонколистовой стали рекомендуется применять
наконечник на 2-—3 номера больший, чем для сварки тонколисто-
вой стали этой же толщины.
Для правки толстолистовой стали необходимо применять на-
конечник № 8 с увеличенной длиной трубки. При отсутствии та-
кого наконечника рекомендуется применять наконечник № 7 уни-
версальной сварочной горелки.
Соотношение кислорода и ацетилена в смеси.
Наибольшая эффективная мощность пламени достигается при от-
ношении кислорода к ацетилену (3 = 2,2 :2,4. Такое пламя имеет
окислительный характер.
Однако его можно применять при правке малоуглеродистых
сталей для повышения эффективности нагрева примерно на 20—
25%. При правке таких сталей, когда окисление поверхности не-
желательно, следует применять нормальное пламя, с соотноше-
нием кислорода к ацетилену р = 1,1 : 1,2.
Скорость перемещения пламени. При увеличении
скорости перемещения пламени от 0 до 500 мм/мин эффективная
мощность при нагреве листа толщиной 6 мм возрастает на 10-5-
15%. Рекомендуемые скорости нагрева при газопламенной прав-
ке 500—600 mmImuh.
Осуществление быстрого нагрева — одно из основных требо-
ваний при газопламенной правке.
2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРАВКИ ТОНКОЛИСТОВОЙ СТАЛИ
Тонколистовой сталью в соответствии с действующим ГОСТ
называют сталь толщиной до 4,0 мм. По признакам применяемой
технологии правки к тонколистовой стали относят сталь толщи-
ной до 6 мм.
Назначение правки тонколистовых конструкций состоит в том,
чтобы ликвидировать местные деформации, которые выражаются
в выпуклостях отдельных участков листов и образовании бухтин
(рис. 148). Основная причина образования бухтин заключается в
потере устойчивости участков листа под действием сжимающих
усилий от продольного сокращения длины сварных швов, примы-
кающих к этим участкам, и угловых деформаций, вызываемых
поперечной усадкой угловых швов при приварке ребер жестко-
сти. Поперечные деформации угловых швов имеют такой же ха-
рактер, как поперечные деформации при правке толстолистовой
383
стали (см. гл. XXIV), а поэтому они будут вызывать изгиб, т. е.
создавать угловые деформации. *
Режим правки тонколистовой стали в основном определяется
следующими факторами: температурой местного нагрева; пло-
щадью местного нагрева; формой и расположением мест нагре-
ва; проковкой при правке.
Температура и площадь местного нагрева. Наиболее эффек-
тивным источником нагрева является ацетилено-кислородное
пламя.
Температуру нагрева, а также размеры площади нагрева
можно определить предварительно расчетным путем. Образова-
ние бухтин означает, что длина волокон на этом участке увели-
Рис. 148. Расположение полос нагрева при правке бухтины:
а — сферической формы, б — овальной формы, в — цилиндрической формы
чилась. Величину удлинения волокон не трудно подсчитать, поль-
зуясь следующими соображениями. Поверхность шара S = 4л/?2;
в нашем случае (рис. 148, а) бухтина равна — шара. Радиус бух-
тины R равен стреле ее прогиба f. Поэтому поверхность бухтины
F = 2л/2.
Если бы лист не деформировался, то площадь круга, описан-
ная радиусом /, равнялась Тг — л/2. Общее увеличение поверхно-
сти составит
ДЛ = Е’-А = 27г-/2-^2 = ’1:/2- (12)
Точно так же можно подсчитать увеличение поверхности бух-
тины цилиндрической формы, показанной на рис. 148, б. Оно
равно:
|/ й2 +
v/2 ~bV d3)
и /
ДЕ =
384
Газопламенной правкой необходимо обеспечить укорочение
волокон, соответствующее величине поверхности Д/7.
При нагреве тонколистовой стали зона высоких температур
концентрируется в виде полосы нагрева шириной Ь с температу-
рой выше 600° и длиной /. Выше было показано, что при быстром
концентрированном нагреве тонкого листа происходит его укоро-
чение как в продольном, так и в поперечном направлениях.
Пользуясь формулой (6) для равномерно прогретого стерж-
ня, каким будет являться полоса нагрева в тонколистовой ста-
С
ли, и полагая, что значение — невелико, можно написать зави-
симость:
е = а -Д7 — ет.
Преобразуя согласно формуле (1) е = —, получим
F
&F = Ь4(аМ — ет). (14)
Зная величину Д/7 в соответствии с формулами (12) и (13),
можно расчетным путем определить температуру нагрева Т, ши-
рину зоны нагрева b и длину полосы нагрева I, выполнив предва-
рительно замер длины бухти-
ны и ее стрелы прогиба f. Таблица 60
Практически для малоугле-
родистых и низколегирован-
ных сталей при толщине 2—
3 мм применяют температуру
нагрева 650-:-700°; при толщи-
не 4—6 мм — 850н-900°. При-
менение более высоких темпе-
ратур нагрева для этих марок
сталей приводит к нежелатель-
ному дополнительному местно-
му выпучиванию. Температура
нагрева, как отмечалось выше,
находится в прямой зависимос-
ти от изменения для данной
Режимы нагрева при правке (ацетилено-кислородное пламя)
Толщина металла, мм Номер наконечника Скорость наг- рева, мм[мин
2 3 420
3 4 360
4 5 240
5 6 270
6 6 180
марки стали предела текучести с ростом температуры нагрева.
Так, при правке тонкостенных труб (толщина стенки 2 мм) из
стали ЗОХГСА наиболее эффективной является температура в
1000°, так как при этой температуре предел текучести стали
ЗОХГСА минимален.
Режимы нагрева ориентировочно даны в табл. 60.
Ширина зоны нагрева b может быть примерно определена
также на основании экспериментальных данных о величине по-
перечной деформации, которая зависит от ширины' зоны нагрева,
25—956
385
полагая, что температура зоны нагрева выше 600°. При этом по-
перечная деформация Д6 = 0,0035&, т. е. несколько меньше рас-
четной величины.
Вместе с тем ширину зоны нагрева нельзя чрезмерно увеличи-
вать, так как это приведет к потере устойчивости элемента и эф-
фект правки не будет достигнут.
Ширина зоны нагрева не должна превышать пятикратную
толщину листа, подвергаемого правке, и может определяться по
табл. 61.
Табл и,ц а 61
Ширина зоны нагрева при правке тонколистовой стали
Толщина металла, мм Ширина видимой зоны нагрева b при температуре более 600°, мм Фактическая ширина зоны нагрева, мм
3 15 20
4 «20 35
6 30 55
Длина зоны нагрева определяется геометрией бухтин, о чем
будет сказано ниже.
Форма и расположение мест нагрева. Правка тонколистовой
стали должна осуществляться путем правильно наносимых полос
нагрева. Нагрев пятнами, широко применявшийся прежде, как
показали длительные исследования и практический опыт, себя
не оправдывает. Это объясняется тем, что при нагреве пятном
сокращение происходит во всех направлениях, тогда как необ-
ходимо получить сокращение в направлении, перпендикулярном
границе бухтины.
Так как поперечные деформации дают максимальный эффект,
необходимо полосы нагрева располагать по периметру бухтины.
Наилучшие результаты достигаются при расположении полос на-
грева по склону бухтины на расстоянии 80-*-100 мм от ее грани-
цы. При сферической или овальной форме бухтины (рис. 148, а, б)
полосы располагают по ее контуру, а при цилиндрической
форме — параллельно ее образующей (рис. 148, в).
Возможны два случая при правке. Первый — когда наложе-
ние полосы нагрева не дало требуемого эффекта. Тогда на рас-
стоянии 80-4-100 мм от первого контура наносится второй контур
нагрева (рис. 149, а). Второй контур выполняется после остыва-
ния первого контура нагрева. Второй случай — когда бухтина
развита по периметру, но имеет малую стрелу прогиба; тогда нет
необходимости в нанесении сплошной линии нагрева и нагрев
осуществляется прерывистым контуром (рис. 149, б). Если в тон-
386
полистовой конструкции имеется две или несколько бухтин, то
полосы нагрева располагают по контуру каждой бухтины (рис..
150, а).
Обычно судовые и корпусные конструкции представляют со-
бой раму из жесткостей, к которой приваривается тонколистовая
Полоса нагрева при
а) б)
Рис. 149. Порядок расположения полос нагрева:
а — при недостаточном эффекте правки за один проход, б — при ма-
лой стреле прогиба
сталь. Если в такой конструкции отсутствует элемент, придаю-
щий листу жесткость, то перед началом правки необходимо ус-
тановить временный технологический уголок жесткости (рис.
150, б).
Рис. 150. Расположение полос нагрева при наличии не-
скольких бухтин в одной конструкции (aj и постановка
технологического уголка жесткости (б)
Исследования показали, что наибольший эффект правки тон-
колистовой стали и тонкостенных труб достигается при жестком
креплении.
Для удобства правки нагрев ведут с выпуклой стороны бух-
тины. Если бухтина утоплена, ее легко «вытянуть», приварив к
387
середине вмятины стержень, с помощью которого бухтцна может
быть вытянута в удобное для правки положение.
Искусственное охлаждение частично увеличивает эффект
правки, и может применяться при правке малоуглеродистых ста-
лей в целях ускорения процесса.
Проковка при правке. Жесткость тонколистовой стали незна-
чительна. Поэтому сопротивление, которое оказывает холодная
ненагретая часть листа расширению полосы нагрева, также ма-
ло. Для увеличения деформаций сжатия при правке тонколисто-
вой стали применяют проковку металла зоны нагрева в горячем
состоянии.
Величина поперечного сокращения (деформации) с примене-
нием проковки возрастает примерно в 2,5 раза.
Для проковки листов толщиной 2-^4 мм применяют деревян-
ные киянки весом 0,5—0,8 кг со сферической поверхностью бойка.
Для проковки листов толщиной 5-J-6 мм применяют металли-
ческие молотки с закругленной рабочей поверхностью, облицо-
ванной красной медью. Вес молотка выбирается в зависимости
от толщины металла и равен 1н-2 кг.
Проковка осуществляется по неостывшей полосе нагрева с
выпуклой стороны бухтины. При потемнении полосы нагрева
проковка прекращается. Остывшую полосу проковывать не ре-
комендуется, так как это. может ухудшить эффект правки или
вызвать надрывы при толщине металла 5—6 мм.
Если в момент правки перед движущейся горелкой образует-
ся местное углубление— вмятина, необходимо тотчас же или вы-
полнить проковку с обратной стороны, либо прервать правку и
продолжать, ее за границей вмятины.
3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРАВКИ ТОЛСТОЛИСТОВОЙ СТАЛИ
При газопламенной правке толстолистовой стали в основном
используется описанное выше явление изгиба толстоли'стовой
стали при концентрированном быстром нагреве, происходящее за
счет неравномерного распределения тепла по сечению металла.
Таким образом, толстолистовая сталь правится за счет исполь-
зования деформаций изгиба.
Основными составляющими режима газопламенной правки
толстолистовой стали являются: температура нагрева, ширина
зоны нагрева и расположение полос нагрева.
Температура и ширина зоны нагрева.-Температуру и ширину
зоны нагрева можно определить приближенно расчетным путем,
пользуясь формулами (10) и (11). Зная толщину металла б и оп-
ределив требуемый угол поворота а относительно наибольшей
выпуклости (рис. 151, а), а также учитывая характер распреде-
ления тепла в толстолистовой стали, для определения угла (3
388 '
можно определить температуру и ширину зоны нагрева. Однако
в практике правки расчетным способом пользуются редко. Это
объясняется тем, что элементы сварных конструкций из толсто-
листовой стали поступают на правку уже с накопленными напря-
жениями от предыдущих операций: прокатки, резки, предвари-
тельной правки и др.
Величина и характер распределения этих напряжений, как
правило, неизвестны. Поэтому выбор составляющих режима,
Рис. 151. Схема расположения полос нагрева в зависимости от
направления наибольшей выпуклости листа:
а — первоначальный нагрев, би» — последующие нагревы, г — правлен-
ный лист
опирающийся на расчетные данные, либо очень сложен, либо не-
достаточно точен.
В соответствии с опытными данными выбор температуры на-
грева можно предварительно определить, пользуясь табл. 62.
Таблица 62
Определение температуры нагрева толстолистовой стали
Толщина листа, мм Температура полосы нагрева, град Цвет металла в полосе нагрева
15-60 350—400 Темно-синий
70—120 580—650 Коричнево-красный
180-220 830—950 Светло-красный
I
• 389
Ширина видимой зоны нагрева должна’составлять в зависи-
мости от толщины металла 0,8н-1,2<5. Дальнейшее увеличение
ширины зоны нагрева снижает эффект правки.
Эффект правки тем больше, чем больше жесткость конструк-
ции или чем больше масса ненагретого металла. Увеличение ши-
рины зоны нагрева снижает жесткость конструкции и массу не-
нагретого металла. Например, нагревая лист размером 500 X
X 200X20 мм полосой b = 15 мм, можно изогнуть его со стрелой
прогиба 1,5 мм. Однако полосовая сталь 500x15x20 мм, нагре-
тая до тех же температур, после охлаждения примет первона-
чальное положение.
Расположение полос нагрева. Выше было показано, что при
нагреве толстолистовой стали изгиб происходит в сторону плос-
кости нагрева. Поэтому для правки толстолистовой стали необ-
ходимо производить нагрев только с выпуклой стороны.
Для удобства правки лист свободно укладывают на обычную
слесарную плиту выпуклостью вверх. Направление нагрева дол-
жно совпадать с направлением линии максимальной выпуклости
(рис. 151). Наибольший изгибающий момент возникает в плос-
кости, перпендикулярной направлению нагрева.
Следовательно, при таком направлении нагрева произойдет
изгиб листа относительно полосы нагрева, что позволит обеспе-
чить его правку.
Так как после первого нагрева (рис. 151, а) произойдет сло-
жение напряжений правки с остаточными напряжениями в ли-
сте, то напряжения перераспределяются, лист частично выпра-
вится и стрела прогиба уменьшится (рис. 151, б, в), а линия наи-
большей выпуклости переместится, как это условно показано на
рисунке.
Соответственно с новым положением линии наибольшей вы-
пуклости осуществляется второй и третий нагрев до достижения
плоскостности, показанной на рис. 151, г. Каждый последующий
нагрев выполняется после остывания листа, так как в противном
случае не будет достигнут эффект правки.
При условии обратного прогиба лист или деталь, изготовлен-
ные из листовой стали, кантуются и нагрев осуществляется с
противоположной стороны по вновь выявленным линиям наи-
большей выпуклости.
Линия наибольшей выпуклости и ее направление определяют-
ся при помощи слесарной линейки, облегченного типа и отмечают-
ся мелом для упрощения работы газосварщика, осуществляюще-
го правку.
. Применение повторного нагрева по тем же полосам нагрева
оказалось малоэффективным. Величина достигаемого прогиба
при повторных нагревах незначительна по сравнению с эффектом
прогиба от первого нагрева и поэтому этот прием в практике
правки не применяется.
390
Ориентировочно при подсчете норм времени на правку можно
пользоваться данными табл. 63.
Таблица 63
Нормы времени на правку
Длина заготовки, мм Ширина заготовки, мм
400 600 800 1000 1200 1409 1600 1800 2000 2200
Время, мин
400 16 19 21 26 32 37 42 47 52 58
500 19 21 26 32 37 42 47 52 58 64
600 21 26 32 37 42 47 52 58 64 75
800 26 32 37 42 47 52 58 64 75 84
1000 32 37 42 47 52 58 64 75 84 94
1200 37 42 47 52 58 64 75 84 94 105
1400 42 47 52 58 64 75 84 94 105 115
1600 47 52 58 64 75 84 94 105 115 126
1800 52 58 64 75 84 94 105 115 126 136
2000 58 64 75 84 94 105 115 126 136 146
2200 64 75 84 94 105 115 126 136 146 157
2400 75 84 94 105 115 126 136 146 157 168
2600 84 94 105 115 126 136 146 157 168 180
2800 94 105 115 126 136 146 157 168 180 195
3000 105 115 126 136 146 157 168 180 195 210
Нормы рассчитаны для листа толщиной 40 мм, расчетная стре-
ла прогиба f= 10 мм, при f менее 15 мм вводится коэффициент
k\ = 1,2, при f более 15 мм — k\ = 1,4. Для листов более 40 мм
вводится коэффициент k2, значения которого берутся следующие:
Толщина листа, мм . .15 20 30 50 60 70 80 90
Коэффициент......... 0,6 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5
Примеры правки толстолистовой стали. Лист толщиной
15 мм после кислородной резки деформировало, как это показа-
но на рис. 152, а, со стрелой прогиба f = 7 мм. Правка позволила
уменьшить стрелу прогиба до f = 1 мм. Нагрев осуществлен че-
тырьмя полосами в определенной последовательности.
При пропеллероо'бразном характере деформации нагрев вы-
полняется косонаправленными полосами соответственно направ-
лению наибольшей выпуклости (рис. 152, б).
Если деталь представляет собой диск или фланец, то техно-
логия правки остается такой же. Чаще всего фланец деформи-
руется относительно двух осей. Вначале осуществляют правку от-
носительно одной, а затем относительно другой оси.
При правке указанных выше деталей никакого дополнитель-
ного механического воздействия не применялось и детали сво-
бодно укладывались на плиту.
391
После кислородной резки нижней рамы 170б-тонного пресса
(рис. 153) из металла толщиной 180 мм обнаружилась деформа-
ция по стрелке А, равная 27 мм, и по стрелке Б, — 18 мм. При- \
а — листа, изогнутого симметрично одной из осей, б —листа, изогну-
того пропеллерообразно
пуск на механическую ооработку предусматривался 10 мм. Вна-
чале нагрев выполнялся в направлении стрелок А, а после кан-
товки на 180° — в направлении стрелок Б. Для'концентрации на-
Рис. 153. Схема правки нижней
рамы основания 1700-тонного
пресса
грева ввиду большой толщины
рамы правка осуществлялась од-
новременно двумя сварщиками.
После правки стрела прогиба
была снижена до 3—4 мм по
всей длине рамы.
Газопламенная правка успеш-
но применяется не только при
изготовлении деталей из листовой
стали, но и для стальных отливок
и поковок.
Шатун мощного пресса весом
14 т (рис. 154), выполненный из
отливки стали 45Л, оказалось
невозможным обработать по
плоскости, так как один конец
шатуна отошел от горизонтальной плоскости на 15 мм. Наварка
на рабочей плоскости не допускалась. Газопламенной правкой
забракованная отливка стоимостью примерно 3500 руб. была
выправлена и использована в производстве. Нагрев осуществ-
лялся за один проход одновременно двумя сварщиками.
392
Рис. 154. Схема правки литого шатуна
Рис. 155. Вид верхних плит основания 3500-тонного пресса после
газопламенной правки
Рис. 156. Схема газопламенной правки литого рычага
1050-тонного пресса двойного действия
Нижние плиты основания 3500-тонного механического пресса,
изготовленные из крупных поковок, каждая весом (после обра-
ботки) 15,0 т после фрезерования по контуру деформировались.
Края плит развело с одной стороны на 23 мм, а с другой —
на 32 мм. Плиты имеют переменное сечение: наименьшее —
450,0 мм, наибольшее — 650,0 мм. На рис. 155 показаны выправ-
ленные плиты. Темные полосы на них — это следы нагрева.
Правка осуществлена за несколько нагревов.
Технология правки крупных отливок зависит от формы дета-
лей. На рис. Г56 показан литой рычаг механизма головки пресса
двойного действия усилием 1050 т. Щеки рычага развело и чер-
новой размер вместо 310 равнялся 332 мм. Механическая обра-
ботка щек до заданного размера означала уменьшение толщи-
ны стенки, которая должна была составлять 60,0 мм. Ввиду
больших нагрузок уменьшение толщины щек не допускалось. Ры-
чаг подвергли газопламенной правке путем нагрева в местах,
показанных стрелками I, II, предварительно тщательно зачистив
поверхности от гаревой земли. Отливки представляли довольно
жесткую конструкцию, в связи с чем на одном из рычагов в до-
полнение к усилиям газопламенной правки необходимо было до-
бавить усилие струбцин, приложенных в местах, показанных
стрелками III.
Газопламенный нагрев, осуществленный по внутренней по-
верхности щек рычага, вызвал их изгиб в направлении нагрева.
В этом же направлении действовали и усилия струбцин.
Заготовки были выправлены до размера 315 318,0 мм, что
обеспечивало возможность их механической обработки.
4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРАВКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВАЛОВ
Правку деталей типа валов, имеющих значительную величи-
ну деформации, производят, используя-продольные деформации в
отличие от правки плоских деталей, где для правки используются
в основном поперечные деформации.
Определение стрелы прогиба вала. Для удобства правки вал
устанавливают в центрах токарного станка выпуклостью вверх
и при помощи чертилки или индикатора определяют величину
его прогиба (рис. 157). Вал поворачивают два-три раза, с тем
чтобы ^получить совпадающие результаты.
При отсутствии токарного станка или при большой длине ва-
ла его можно установить на призмы. В этом случае призмы сво-
бодно устанавливаются или закрепляются на выверенной плите.
Биение вала при его вращении на призмах определяется в не-
скольких сечениях. Вал должен лежать на призмах свободно, без
крепления.
Нагрев вала производится вдоль образующей со стороны рас-
394
тянутых волокон, т. е. со стороны выпуклости вала, с тем чтобы
обеспечить их укорочение. Сокращение удлиненных волокон при-
ведет к изгибу вала в сторону полосы нагрева, что и обеспечит
его правку. Центры станка перед нагревом следует отпустить,
опустив вал на люнеты.
Величину прогиба вала при газопламенной правке можно оп-
ределить расчетным путем.
Предположим, что вал по всей длине I прогрет полосой Ь, при-
чем глубина равномерного прогрева равна h (рис. 158). В ре-
Рис. 157. Правка коленчатого вала в центрах токарного станка
зультате пластических деформаций сокращения в полосе нагре-
ва сечением b/h. возникнут напряжения растяжения, достигаю-
щие значения предела текучести от. Полагаем, для упрощения
расчета, что эти напряжения равномерно распределены по всему
сечению. Тогда общее стягивающее усилие равно:
Усилие приложено на расстоянии — от геометрической оси
вала. Следовательно, изгибающий момент стягивающей силы
равен:
395
М = Р-— ,
2
где D — диаметр вала в см.
Стрелу прогиба от действия момента М можно определить по
формуле
где I —длина вала в см;
Е — модуль упругости, для стали Е = 2- 106 кг/с.м2;
/ — осевой момент инерции вала*, I = -— см*.
Рис. 158. Определение стрелы прогиба вала
Таким образом, стрела прогиба зависит главным образом от
длины линии нагрева, так как длина линии нагрева в квадратной
степени увеличивает стрелу прогиба.
Ширина видимой полосы нагрева обычно находится в преде-
лах 0,1 н- 0,3D.
Температура нагрева. Валы и детали типа валов обычно из-
готовляют из качественных среднеуглеродистых или конструкци-
онных легированных сталей. Температура нагрева таких сталей
при правке зависит не только от величины деформации и диа-
метра вала, как это следует из формулы (15), но также и от мар-
ки стали и характера ее термообработки до правки. С увеличе-„
нием диаметра вала и величины деформации температуру на-
грева следует также увеличивать до 300-з-700°.
В зависимости от химического состава стали определяется ее
критическая температура нагрева, при которой возможны струк-
турные (мартенситные) превращения. В связи со структурными
* Моментом инерции тела / относительно оси называется сумма произ-
ведений элементов массы тела на квадраты их расстояний до оси.
396
превращениями, если они происходят при температурах, когда
восстановлены упругие свойства (восстановлен предел текуче-
сти) стали, накапливаются структурные напряжения. Вносимые
газопламенной правкой напряжения, складываясь (если оба ви-
да напряжений одинакового знака) со структурными напряже-
ниями, могут вызвать появление трещин.
Так, при содержании в стали 0,4-5-0,45% углерода критичес-
кая температура структурных превращений снижается до 300°.
Поэтому температура нагрева не должна значительно превы-
шать температуру начала структурных превращений.
Рис. 159. График правки вала
При правке термообработаиных валов температура их на-
грева не должна превышать температуры отпуска при изготов-
лении. Так, если вал из стали 45 улучшался термообработкой, то
температура нагрева при правке не должна превышать темпе-
ратуры высокого отпуска, т. е. 510-5-560°.
Если вал из стали 40Х и 40ХНМА был нормализован, то тем-
пература нагрева при правке может доходить до 650—700°.
Правка валов с высокой точностью. Иногда у окончательно
обработанных валов, которые уже не имеют припусков на обра-
ботку, по тем или иным причинам обнаруживается биение, не-
допустимое для условий эксплуатации. Такой вал необходимо
править с высокой точностью, чаще всего с точностью 0,1—0,2 мм,
а иногда и до 0,02 мм.
Для облегчения правки составляется график, выражающий
характер искривления вала (рис. 159). Для удобства график вы-
397
черчивается в масштабе 100: 1 (0,01 мм = 1 мм). Отклонения
вала, который вычерчивается в уменьшенном масштабе, равном
1 : 25, откладываются вверх или вниз от горизонтали. 1 . '
Ломаные линии 0—I—II—III соответственно характеризуют
биение вала до правки и после первого, второго и третьего на-
грева.
Такая диаграмма вычерчивается, если искривления вала на-
ходятся в одной плоскости, что бывает чаще всего. При искрив-
лениях в двух плоскостях правку необходимо вести следующим
образом. Если две плоскости, в которых искривлен вал, лежат
близко одна к другой (в пределах 45°), то правку производят в
плоскости с максимальным искривлением. Если эти плоскости
отстоят друг от друга на значительном расстоянии (когда угол
между плоскостям^ более 45°), то правку ведут последовательно
в каждой плоскости, причем начинать правку следует в плоско-
сти, совпадающей с наибольшим искривлением вала.
Как уже отмечалось выше, нагрев вала осуществляется с вы-
пуклой стороны. Поэтому вал для удобства правки устанавлива-
ют выпуклой стороной кверху.
Для точности правки необходимо жестче регламентировать
величину площади нагрева. При правке с высокой точностью ре-
комендуется ширину нагрева принимать в пределах от 0,1 до 0,3
диаметра вала, а длину нагрева —- от 0,1 до 0,15 диаметра вала.
Для большей концентраций нагрева в местах наибольшего бие-
ния накладывается смоченный в воде асбест, имеющий вырез,
равный величине площади нагрева. Нагрев осуществляется толь-
ко через этот вырез. Для нагрева обычно применяют горелку с
наконечником № 7. Только при малых прогибах и больших диа-
метрах валов следует применять горелки с наконечниками № 5
и 6. Режим нагрева, соотношение кислорода и ацетилена, угол
наклона горелки, расстояние горелки от поверхности вала долж-
ны сохраняться в течение всего времени правки одинаковыми.
Во избежание подкалки вала сейчас же после правки следует
место нагрева закрыть сухим асбестом на 10—15 мин. В даль-
нейшем для ускорения процесса остывания можно обдувать вал
сжатым воздухом/
Ориентировочно время нагрева можно принимать согласно
табл. 64.
При искривлении вала при правке в противоположную сторо-
ну вал поворачивают вновь образовавшейся выпуклостью вверх
и осуществляют вторичную правку. Необходимо учесть, что ус-
тойчивость вала в этом случае понижена и для его правки тре-
буются меньшие температура и время нагрева.
Для валов, работающих с большими нагрузками, участок
правки необходимо подвергать равномерному отпуску для сня-
тия напряжений.
Правка труб. Правка труб осуществляется так же, как правка
398
Таблица 64
Деформация вала в зависимости от времени нагрева
Величина прогиба вала, мм
Диаметр вала в месте нагрева, мм 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Время нагрева, мин
150 1,0 2.0 4,5 6,5 8,0 9,0
200 2,0 3,0 6,0 8,0 10,0 12,0
250 3,5 5,5 8,0 10,0 12,0 15,0
300 5,0 7,0 10,0 12,0 14,0 18,0
валов. Нагрев при правке производится по образующей трубы
вдоль ее максимальной выпуклости. При правке труб малого ди-
аметра эффект правки достигается только в случае жесткого за-
.____________0000__________
3500 - , ,
Рис. 160. Примеры правки деталей типа валов:
а — заготовки вала диаметром 180 мм, б — трубы диаметром 216 мм
крепления концов труб от продольного перемещения. При диа-
метре труб более 100 мм, а следовательно и большей жесткости
труб, правку их выполняют в свободном состоянии.
Ширина площадки нагрева для труб малого диаметра может
быть увеличена до половины окружности трубы.. Длину площад-
ки нагрева следует принимать равной 0,1 от общей длины вы-
правляемой детали.
Температура нагрева при правке труб обычно принимается
такой же, как при правке малоуглеродистых сталей (исключая
трубы, изготовленные из легированных сталей) в пределах 600-4-
800°.
Диаметр труб при правке не изменяется.
399
Техника и практика правки деталей типа валов. При изготов-
лении валов, винтов, червяков, оправок и других подобных де-
талей заготовка в виде поковки или катаного прутка .имеет
обычно биение, превышающее припуск на обработку. При малом
диаметре прутка правка обычно выполняется на гидравлическом
прессе. При большом диаметре заготовки возможна только газо-
пламенная правка. Заготовка из прокатной круглой стали диа-
метром 180 мм и длиной 6000 мм получила прогиб до 20 мм
(рис. 160, а). Нагревом узкой полосой на длине 3500 мм прогиб
был снижен до 3 мм, что вполне обеспечивало возможность даль-
нейшей механической обработки. Заготовка при правке находи-
53^0,0 мм
Рис. 161. Восстановление газопламенной правкой двухколенчатого вала
300-тонного пресса 4
лась в свободном состоянии с опорой по концам во избежание
проворачивания ее вокруг оси. Правка трубы с наружным диа-
метром 216 мм (рис. 160, б) выполнялась аналогичным способом.
Значительный интерес представляет правка коленчатых ва-
лов
На прессе усилием 300 т в результате аварии двухколенча-
тый вал получил прогиб до 4 мм. Длина вала 5340 мм. диаметр
коренных шеек 234 мм (рис. 161). Вал был установлен в центрах
крупного токарного станка. Тремя нагревами до 500—550° стре-
ла прогиба вала снижена до 0,2 мм, что допускалось условиями
эксплуатации. Стоимость восстановленного вала 1536 руб. За-
траты времени на газопламенную правку данного вала состави-
ли 5 час.
Правка может применяться и для различных деталей из цвет-
ных металлов.
5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРАВКИ ПРОКАТНЫХ ПРОФИЛЕЙ
Правка прокатных профилей (угольников, швеллеров, дву-
тавров) осуществляется двумя способами. При большой толщи-
не полки — швеллера или уголка — применяется вышеописан-
400
ная технология правки деталей типа валов, так как используют-
ся продольные деформации.
Однако часто при малой толщине полки применяют второй
способ правки, который заключается в следующем. Если какую-
либо тонкую пластину равномерно нагреть до температуры
600—800°, причем площадке нагрева придать форму треугольни-
ка (клина), то после охлаждения такая пластина изогнется в
плоскости по направлению к основанию треугольника. Такая
форма площади нагрева как бы искусственно воспроизводит со-
стояние нагрева-толстого листа (см. рис. 147).
Рис. 162. Способы правки прокатного профиля:
а, б — уголка, в, г, д — швеллера
\
Очевидно, в основании треугольника, где длина нагретых во-
локон больше, будет иметь место большее сокращение их, а в
вершине треугольника нагрева — сокращения волокон не про-
изойдет.
Следовательно, правку тонкого профильного металла можно
осуществлять, комбинируя, в соответствии с характером кривиз-
ны, расположение нагревов в форме клиньев (треугольников).
Уголок на рис. 162, а имеет деформацию, показанную услов-
но пунктирной линией. Клин нагрева следует, расположить так,
чтобы основание его совпало с участком наибольшей выпукло-
сти. Нагрев начинают с вершин клина. При обратно направлен-
ной деформации клин располагают вершиной к кромке (рис. 162,
б, г, д).
26 -956 - 401
При правке швеллера нагрев обеих полок желательно вести
одновременно (рис 162, в). В этом случае работу выполняют два
сварщика. Если необходимо также деформировать стенку швел-
лера (рис. 162, г), вначале нагреваются обе полки, а затем поло-
сой, равной по ширине основанию клина нагрева, нагреваются
стенки швеллера.
В результате нагрева и последующего охлаждения стенка
швеллера сократится по длине и, так как она связана с-полка-
Рис. 163. Типичные случаи правки прокатных профилей:
а, б, в — таврового сечения, г, д — двутавра
ми, будет стремиться их укоротить. Полки швеллера, нагретые
клиньями, будут способствовать сокращению волокон в основа-
нии клина. В результате удлиненные волокна стенки и полок
сократятся совместно и швеллер выпрямится.
На рис. 163 показаны типичные случаи правки различных
профилей в зависимости от направления деформации. ' *
6. ТЕХНОЛОГИЯ и ПРИМЕРЫ ПРАВКИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Технология правки. Правка сварных конструкций является
наиболее сложной, но и наиболее эффективной операцией. Уме-
ние выправить сварную конструкцию расширяет возможности
402
применения сварки. Правильно разработанная сварная конст-
рукция с учетом развиваемых при сварке деформаций и хорошо»
разработанная технология сварки, правильный порядок выпол-
нения сварных швов способствуют значительному снижению де-
формаций. Сборка конструкции с минимальными зазорами так-
же снижает сварочные деформации.
Однако в силу ряда причин исключить полностью деформа-
ции при сварке не удается.
Деформации при изготовлении сварных конструкций возни-
кают в результате местного нагрева металла — сварного шва и
металла сварного соединения (до температур выше 600°) — и не-
Рис. 164. Схема правки простой сварной конструкции:
а — двутавра, б — трубы после приварки штуцера
равномерного распределения тепла. Нагрев конструкций при
сварке происходит в местах наложения сварных швов. Основным
правилом правки сварной конструкции является получение теп-
ловых деформаций за счет нагрева металла пламенем сварочной
горелки со стороны, противоположной сварным швам. Например,
сварную двутавровую балку деформирует обычно так, что пол-
ки двутавра загибаются в сторону сварных швов (рис. 164).
Для правки двутавра производят его нагрев со стороны, проти-
воположной сварным швам, как это показано стрелками.
После приварки к трубе штуцера труба изогнется в сторону
приваренного штуцера. Для правки трубы необходимо нагреть-
трубу со стороны, противоположной штуцеру (рис. 164, б), коль-
цевым нагревом, примерно соответствующим длине сварного шва..
Однако общих закономерностей правки сварных конструк-
ций дать нельзя. Каждая конструкция перед правкой должна-
подвергаться анализу, с тем чтобы правильно определить причи-
ны деформации. После установления причин деформации опре-
деляются характер и форма нагрева.
403
Примеры правки отдельных сварных конструкций, которые
описаны ниже, окажут некоторую помощь при разработке техно-
логии .правки сварных конструкций.
Примеры правки. Газопламенная правка широко применяет-
ся при сборке сварных конструкций под сварку.
При сборке конструкций, как бы тщательно она не выполня-
лась, ввиду различных причин — неточностей при кислородной
резке; деформаций элементов под влиянием собственного веса;
неточностей предварительной правки; деформаций после поста-
новки жестких прихваток или сварных швов и т. д. —всегда воз-
никает необходимость операции подгонки элементов. Обычно
операция подгонки выполнялась двумя способами: либо пневма-
тическим зубилом подрубали выступающую часть одного эле-
мента (если это проще), либо наваривали на втором элементе
места с большими зазорами, что обычно практиковалось при
большой длине элементов конструкций и большом их весе. Од-
нако полностью ликвидировать зазоры этими способами не уда-
валось.
На рис. 165 показана установка бокового листа головки
3500-тонного пресса после газопламенной правки. Толщина ли-
ста 50 мм, размеры 10730X3480 мм, вес 14 т.
При сборке обнаружилось, что торец листа (правый на рис.
165) ушел внутрь примерно на 18 мм. За один нагрев полосой
шириной 50 мм лист на месте был выправлен. 4
В результате выполнения сварных швов, связывающих тор-
цовый лист основания 3500-тонного пресса (рис. 166) с внутрен-
ней диафрагмой, произошел изгиб конца торцового листа в сто-
рону швов, т. е. внутрь конструкции. Установленные технологиче-
ские распорки также согнуло. В таком положении нельзя было
монтировать боковой лист. Можно было уменьшить размеры бо-
кового листа и подогнать его по месту, но это не допускалось,
так как приводило к изменению геометрии пресса.
Так как причиной деформации явился односторонне выпол-
ненный шов, газопламенная правка осуществлялась с противо-
положной стороны, как это показано на рис. 166.
Наиболее сложной по своему характеру является правка кон-
струкции, деформации которой направлены относительно различ-
ных осей, а сама конструкция жестко связана. Именно такой
случай имел место при правке головки пресса двойного действия
усилием 1050 т (рис. 167). *
Деформации, возникшие в результате неправильного веде-
ния сварки, а также частично неизбежные ввиду различного ка-
либра швов, привели к тому, что боковой лист А оторвало от
внутреннего листа головки и между ребром Г, крепящим эти ли-
сты, образовался зазор в 42 лш.
Кроме того, боковой лист приобрел, волнистость, причем стре-
ла прогиба по отношению к вертикальной оси достигала 18 мм,
404
Рис. 165. Установка бокового листа головки 3500-тонного пресса при помощи
газопламенной правки
Рис. 166. Основание 3500-тонного пресса после правки торцового
листа
а по отношению к горизонтальной, как уже отмечалось, доходи-
ла местами до 42 мм.
Ввиду большой массы бруса Б и неравномерного теплоотвода
боковой лист сильно деформировало в месте приварки бруса.
Поэтому первой и второй нагревы выполнены по плоскостям бо-
кового листа с противоположных сторон по отношению к свар-
ным швам.
Затем были выполнены третий, четвертый, пятый и' шестой
нагревы вдоль поверхности сварных швов ребер Б, D. Необходи-
Рис. 167. Порядок газопламенной правки сварной головки1
1050-тонного пресса (цифрами обозначены порядковые номера
нагревов)
мость нагрева в этих местах вызвана тем, что калибр швов бру-
са Б значительно больше, чем остальных швов, следовательно, <
необходимо было уравнять тепловые деформации. После шестого
нагрева деформация бокового листа оставалась еще значитель-
ной. Поэтому были выполнены седьмой и восьмой нагревы в по-
перечном направлении по брусу В в месте, где он ослаблен от-
верстием, что облегчало его правку, и где он имел наибольшую
выпуклость, для того чтобы ликвидировать деформацию относи-
тельно вертикальной оси. В результате кривизна бокового листа
значительно уменьшилась.
Для того чтобы дополнительно подтянуть боковой лист и
связать его ребром Г с внутренним листом, был выполнен девя-
4°6 f
тый нагрев. В результате стрела прогиба бокового листа умень-
шилась до 2 мм.
Правка выполнялась двумя сварщиками одновременно. Вре-
мя правки составило 7 час.
При изготовлении сварной конструкции станины 300-тонного
гидравлического пресса взамен вышедшей из строя литой возник-
ла следующая трудность. Боковые стенки Б (рис. 168) должны
подвергаться механической обработке для получения размера
полости 595 мм, в которой перемещается стол. Еще до сварки
станины было ясно,что
боковые стенки изо-
гнутся в направлении,
указанном пунктиром,
поэтому технология из-
готовления пресса бы-
ла разработана с уче-
там применения газо-
пламенной правки.
Боковые листы кон-
струкции обрабатыва-
лись до сварки, затем
поступали на сборку и
сварку. После сварки,
как это и предполага-
лось, конструкция де-
формировалась. Прав-
ка была осуществле-
на в последователь-
ности, указанной стрел-
ками с цифрами на
рис. 168.
Так как причиной деформации явились односторонние швы,
то нагрев выполнялся соответственно с противоположной сторо-
ны мест расположения швов. Кроме этого, с внутренней сторо-
ны полости прогрев выполнен по линии наибольшей выпуклости
(стрелки 1 и 2). В результате предусмотренные чертежом раз-
меры и допуски были, выдержаны, а изготовление сварной кон-
струкции станины значительно облегчилось и упростилось. Вре-
мя правки конструкции составило около 4 час.
Правка сварных конструкций, изготовленных из профильного
металла, осуществляется обычно путем нагрева клиньями. На
рис. 169 показана схема правки нагревом клиньями щита обшив-
ки котла, изготовленного из швеллеров и двутавров № 12.
При этом общий прогиб на длине 3500 мм был снижен с
20н-25 мм до 4 мм. Трудоемкость газопламенной правки в срав-
нении с ранее применявшейся правкой домкратами снизилась в
5—6 раз.
гидравлического пресса (цифрами и стрел-
ками указана последовательность и места
напрева)
407
Приваренные листы
Рис. 170. Газопламенная правка сварной крышки из аусте-
нитной стали 1Xi18H9T. Цифрами и стрелками показан по-
рядок и места напрева
Правка сварных конструкций из аустенитных сталей может
также успешно применяться в практике их изготовления.
На рис. 170 показаны порядок и схема правки сварной крыш-
ки из аустенитной стали 1Х18Н9Т. В результате правки стрела
прогиба была уменьшена с 14 до 1,5 мм.
7. ЭКОНОМИЧНОСТЬ ГАЗОПЛАМЕННОЙ ПРАВКИ
Достоинство газопламенной правки как технологического про-
цесса заключается <в несложности и простоте применяемого обо-
рудования. Для организации газопламенной правки необходимо:
установить слесарную плиту с пазами, снабдив ее ролико-опора-
ми или призмами для правки валов, а также слесарной линейкой,
индикатором на стойке и постом для газовой аппаратуры (вклю-
чая питание ацетиленом и кислородом).
Техника газопламенной правки при понимании характера про-
исходящих процессов несложна. Обычно газосварщик овладева
ет умением править простые по форме детали через две-три не-
дели.
Газопламенная правка в настоящее время является наиболее
производительным процессом правки деталей из толстолистовой
стали, валов большого диаметра, крупных поковок и отливок,
а также сварных конструкций.
Трудоемкость газопламенной правки 1 т листового проката
средней толщины составляет 1 час 25 мин. Трудоемкость правки
1 т листового проката старыми способами при помощи винтовых
стяжек, домкратов и других устройств составляла 8 час 20 мин.
Следовательно, газопламенная правка позволила увеличить про-
изводительность правки примерно в 5—6 раз. С увеличением тол-
щины металла эффективность процесса возрастает.
На правку листа толщиной 100 мм размером 2000x8900 мм
весом 14,3 т по ранее действовавшей технологии требовалось
59 нормочасов. При газопламенной правке потребовалось
9 час 30 мин.
Значение повышения производительности правки становится
особенно понятным, если учесть, что правка составляет от 20 до
30% трудоемкости изготовления сварных конструкций. Недо
статком газопламенной правки следует считать отсутствие меха-
низации процесса правки.
Газопламенная правка пока является ручным способом и по-
этому в том случае, когда это экономически целесообразно, сле-
дует применять вальцы или правильные прессы, особенно в усло-
виях поточного производства.
Целесообразность применения процесса газопламенной прав-
ки и его эффективность подтверждаются тем фактом, что за ко-
409
роткий срок в 2—3 года газопламенная правка нашла широкое
применение на многих заводах нашей промышленности.
ЛИТЕРАТУРА
Болховитинов Н. Ф. Металловедение и термическая обработка.
Машгиз, 1947.
БрабликЯ. и Шмелев А. И. Правка металла ацетилено-кислород-
ным пламенем по методу Отокара Влах. Профиздат, 1956.
Бродский А. Я. Исследование правки сварных самолетных конструк-
ций. Оборонгиз, 1948.
Вологдин В. В. Деформации и напряжения при сварке судовых кон-
струкций. Оборонгиз, 1945.
Врзал В. Правка пламенем. «Станки и инструмент», 1957, № 7.
Евстигнеев В. П. Опыт изготовления и правки тонколистовых конст-
рукций в судостроении. Судпромгиз, 1957.
Окерблом Н. О. Сварочные деформации и напряжения. Машгиз, 1948
Пастернак Н. А. Исследования холодной и горячей правки металла.
Машгиз, 1953.
Пиетт Марсель. Коробление и усадка при сварке. Перевод с французского.
Оргаметалл, 1935.
Пфейфер А. Правка пламенем. «Швайссен унд шнайден», 1952, XII.
Рыка л ин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. Машгиз, 1951.
Ры калин Н. Н. и Шашков А. Н. Нагрев металлов газовым пламе-
нем. Госхимиздат. Вып. 2/4, 1954.
Нагрев при гибке и правке. «Америкэн машинист», 1946, № 17, стр. 141.
Соколов В. Ф. Правка местными нагревами тонколистовых сварных
корпусных конструкций. Судостроение, 1958, № 10.
Фиш кис М. М. Газопламенная правка металлов. «Опыт работы'про-
мышленности совнархоза». М., 1960, № 7.
Шмелев А. И. Правка валов пламенем газовой горелки. «Опыт работы
промышленности совнархоза». М., 1960, № 11.
Щапов Н. П. Влияние холодной правки на прочность стальных дета-
лей. Трансжелдориздат, 1953.
Пальм ан Л. Б. Правка сварных конструкций нагревом ацетилено-кис-
лородным пламенем. «Сварочное производство». 1959, № 3.
РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ
ПЛАМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА
Пламенная поверхностная закалка (ППЗ) начала применять-
ся для повышения твердости и износоустойчивости стальных из-
делий вскоре после изобретения горелки для ацетилено-кислород-
ной сварки.
Использование пламени с высокой температурой (3150°) яви-
лось первой предпосылкой для создания высокопроизводитель-
ного процесса поверхностной термообработки.
Экономические преимущества ППЗ по сравнению с другими
методами поверхностного упрочнения оказались особенно значи-
тельными при производстве крупных изделий с относительно не-
большими рабочими поверхностями (шестерни, коленчатые ва-
лы). В связи с применением закалочных автоматов, использова-
нием дешевых природных газов и специальных приборов для
контроля температуры ППЗ применяется в автомобильной про-
мышленности при массовом производстве изделий.
Высокая производительность и экономичность ППЗ определя-
ются физической сущностью процесса. Нагрев поверхностного
слоя изделия др закалочной температуры совершается за такое
короткое время, что сердцевина изделия не успевает нагреться,
а последующее интенсивное охлаждение быстро приводит к обра-
зованию поверхностного закаленного слоя. В связи с высокой
скоростью и температурой нагрева при ППЗ структурные пре-
вращения в металле, связанные с растворением углерода в 7 -же-
лезе и гомогенизацией аустенита, завершаются с небольшой за-
тратой тепловой энергии и времени.
Наглядное представление о ходе процесса ППЗ дает график
термического цикла (рис 171), характеризующий изменение тем-
пературы точек поверхностного слоя изделия во времени.
Такие термические циклы были записаны при исследованиях
во ВНИИАВТОГЕН с помощью термографов и потенциометров
по методике, разработанной членом-корреспондентом АН СССР
Н. Н. Рыкалиным. и были использованы при разработке огневой
аппаратуры и типовых технологических процессов ППЗ.
На графике видно, что с увеличением глубины расположения
точки от поверхности изделия уменьшается скорость ее нагрева
и снижается максимально достигаемая температура. В зависи-
411
граб
10001-
900 -
800 -
700 -
600-
500-
900-
300 „
20
СТ‘103сек ,0^ Сток
I 5SBi'
iZceef
<4OZ--_______-153
Ac> Z-0 fso,
Z^m
и т
ш_ут _
650
100^
град
WOO -
4W,
125
2=78мм i
325
Z'-PUMM
280
<00
6/5
58Q
Опыты №№30,2731.
Условия опытов:
Нагреб: п-21;0м-0,8мм.1-18мб
Пц--2’ 1ц,’5,5,И’8.ммлр‘90°.
т70мм/мин; ^500 л/чаим>
fi-1,1; w-100 м/сек
Охлаждение разбрызгав ♦»-
гпель 20>2
Кв’0.9л!ми«см: W.-91м/сек.
-к,* 19:2 Г. 30 мм
Опыт №30
лл19мм
_ 300‘
'’772/Д
@L200°l-
<76
90
100 110 <050 120
’У Г
СТ / IffceAq.
^35
1сек
130
190
350
100V5
грид u
1300 -
1200 -
1100-
300l-
200
900 -
800-
700 -
600-
500-
IW0-
350‘
33
300
35
гво 200°
iso
330
265
Z=40mm
84 8h\
60
565
Zs78mm
7s Wmm
Sk0//55%
Сток
. jmsso
11);\19сек\ п
7:29мм//ж
Omim №272
л-21 мм
mo-
200
SO
90
100 CT 1<0 25,7сек 120
<240
JlOMJ
/ ”
30
130 190
Сток
t. сек
~15O 160
иго
,1050
\97.
Z-0
650'
500 -
700-
600-
900-
800 -
78$
2=2$мм
^Сз -
Ас,™!
560
Опыт №31'
л-30 мм
<зо 200°
iss
680
690
1.9*30,4 сек
660
80 90 100 110 120 130 190 150 160
Рис. 171. Термический цикл точек поверхностного слоя изделия при ППЗ:
Z —'расстояние точки от поверхности изделия (в мм), отметка СТ — момент прохожде-
ния пламенем сечения с термопарами, отметка сток — момент прохождения водяных
струй сечения с термопарами,время выдержки точки при температуре ACi> х~ рас-
стояние между пламенем и струями воды (14, 21 и 30 мм), Тм~ кривая максимальных
температур
900-
wo
300
200^224
100
575
<25
465
<65
2-73 мм
2--10мм
Z-РОмм
260
\M5
, ICOK
мости от скорости перемещения горелки и мощности пламени
температура в поверхностном слое изделия может достигать
1000—1200°. Поскольку скорости нагрева доходят до 150—
200 град!сек., а длительность воздействия высоких температур
на металл не превышает нескольких секунд, то поверхностный
слой не перегревается. В процессе охлаждения в зависимости от
количества подаваемой воды скорость охлаждения в интервале
наименьшей устойчивости аустенита (650—550°) приближается к
120 град/сек и может регулироваться в широких пределах.
Скорость охлаждения в интервале мартенситного превраще-
ния (300—200°) достигает 10—20 град/сек и также может регу-
лироваться. Изменяя условия ведения процесса, можно полу-
чить термический цикл более сложный, с самоотпуском за счет
накопленного в изделии тепла, что способствует снятию внутрен-
них напряжений и повышению качества закаленного слоя.
Глава XXIV
ОБОРУДОВАНИЕ И АППАРАТУРА ЗАКАЛОЧНЫХ ПОСТОВ
I. КОМПЛЕКТОВКА ЗАКАЛОЧНОГО ПОСТА
Типовая схема газоводоснабжения поста ППЗ (рис. 172)
включает универсальный (типа токарного) станок 1, горелку 2,
разбрызгиватель 3, насос для подачи закалочной жидкости 4,
блок для автоматического гашения пламени 5, газовый рубиль-
Рис. 172. Схема комплектовки закалочного поста
413
ник 6, регулятор равного давления 7, регулятор давления 8, рам-
пу ацетиленовых баллонов 9 (или ацетиленопровод 10).-w. рампу
кислородных баллонов 11. В состав установки в случае закалки
способом быстрого вращения (вводится оптический или радиаци-
онный пирометр 12 для контроля температуры нагрева.
К горелке ацетилен поступает через газовый рубильник, ре-
гулятор равного давления и регулятор давления от рампы ацети-
леновых баллонов через рамповый редуктор или от цехового тру-
бопровода через водяной затвор. Кислород к горелке подается
через газовый рубильник и клапан регулятора равного давления
от рампы кислородных баллонов. Вентили 13 и 14 служат для
перехода от питания горелки по схеме равного давления (вентиль
14 закрыт, а 13 открыт) к питанию с инжекторным смешением
газов (вентиль 13 закрыт, кислород не проходит через регулятор
равного давления). Питание с подачей газов под равным давле-
нием осуществляется от ацетиленовой рампы или ацетиленопро-
вода среднего давления (Ра = 0,35—5—1,2 кгс/см2).
В ремонтных цехах заводов металлообрабатывающей про-
мышленности, а также на машиностроительных и металлургичес-
ких заводах с мелкосерийным характером производства в отде-
лениях для ППЗ целесообразно иметь универсальный закаЛоч-
ный станок СА-400, а также специализированные станки для за-
калки крупномодульных шестерен УЗШ-1 или АЗШ-2 и специа-
лизированный станок для закалки мелкомодульных шестерен.
Типовой планировкой отделения для закалки, кроме упомя-
нутых станков, должны предусматриваться: ацетиленопровод с
водяным затвором, кислородопровод, водопровод и водонапорный
бак (для подогрева воды), щит контрольно-измерительных при-
боров, сливной бак с водяным насосом, кран-балка и верстак
для ремонта аппаратуры. Универсальный закалочный станок
обычно оборудуется на базе токарного станка. В таком станке
целесообразно применять вариатор для бесступенчатого регули-
рования числа оборотов шпинделя и получения окружной скоро-
сти вращения изделия в пределах 50—250 мм/мин (для закалки
непрерывно-последовательным способом цилиндрических изде-
лий). По своим характеристикам токарные станки без переделки
могут быть использованы для закалки способом быстрого враще-
ния, закалки непрерывно-последовательным способом призмати-
ческих изделий и закалки кольцевым комбинированным спосо-
бом.
Кроме токарных'станков, в качестве приводов для вращения
изделия или перемещения горелки могут быть использованы
лобовые и фрезерные станки, а также приборы для кислородной
резки и сварочные манипуляторы.
Ниже приводятся лишь краткие паспортные характеристики
закалочного оборудования.
Универсальный закалочный станок СА-400. Ста-
414
нок предназначен для закалки изделий длиной до 2200 мм, диа-
метром до 400 мм и весом до 1600 кг. Он может служить для не-
прерывно-последовательной закалки цилиндров диаметром до
800 мм при длине до 350 мм. Скорости вращения шпинделя мо-
гут изменяться от 0,03 до 133,2 об/мин, а скорость перемещения
суппорта — в пределах 50—300 мм/мин. Приводы шпинделя и
суппорта имеют двигатели мощностью 0,37 кет.
Станок для закалки крупно-модульных ше-
стерен (УЗШ-1). Предназначен для ППЗ прямозубых цилинд-
рических шестерен внешнего зацепления с модулем от 10 до
30 мм, диаметром до 4000 мм, при длине зубьев до 450 мм. Ста-
нок состоит из тумбы с поворотным механизмом и головки для
перемещения горелки со скоростью в пределах 70—250 мм/мин.
Инжекторная горелка станка имеет шесть сменных наконечников
с двухсторонними мундштуками при одинаковых диаметрах га-
зовых и водяных сопел. Станок имеет электропривод от двига
теля мощностью 80 вт и пневматическое управление вспомога
тельными операциями. Расход ацетилена составляет до
3,5 мР/час, кислорода до 4 м3[час, воздуха до 1,6 м^/час и воды
до 60 л/час.
Одесским заводом автогенного машиностроения (ОЗАМ.) на-
ряду с УЗШ-1 выпускается станок АЗШ-2, отличающийся боль-
шей компактностью за счет уменьшения габаритов закаливае-
мых шестерен (до диаметра 1500 мм) и исключения электропри-
вода.
Станок для закалки м е л к о м о д у л ь н ы х шесте-
рен УГЗ-1-58. Цилиндрические шестерни с модулем 2—8 мм,
диаметром до 450 мм и длиной зубьев от 20 до 100 мм могут за-
каливаться на установке УГЗ-1-58 с применением в качестве го-
рючего ацетилена, пропана или природного газа. Шестерни за-
каливаются при постоянном числе оборотов шпинделя, равном
87 об/мин.
Четыре горелки при расходе кислорода до 60ж3/час, ацетиле-
на до 20 мЧчас, пропана до 12 м^/час и природного газа до
35 мЧчас позволяют закаливать шестерню за 6—7 мин.
2. ОГНЕВАЯ АППАРАТУРА
Обычно закалочная горелка (рис. 173, а) состоит из корпу-
са 1 с регулировочными вентилями 2 и 3, газоподводящими нип-
пелями 4 и 5, газосмесительного устройства 6 и мундштука 7.
В некоторых конструкциях горелок газосмесительное устрой-
ство выполняется в виде отдельного агрегата, и готовая горючая
смесь по едкому трубопроводу подается к горелке (рис. 173, б),
в других конструкциях горючий газ и кислород смешиваются в
мундштуке горелки (рис. 173, в) или в выходных соплах (рис.
415
173. г). Имеются также конструкции горелок с внешним смеше-
нием газов. Наиболее распространены газокислородные горелки,
в конструкциях которых используются корпуса газосварочных
горелок с инжекторными или безынжекторными узлами смеше-
ния.
В инжекторных горелках кислород подводится под большим
давлением, чем горючий газ, а в безынжекторных оба газа по-
даются примерно под равным давлением. Серийная закалочная
горелка конструкции ВНИИАВТОГЕН типа НАЗ-55 с инжек-
торным смешением газов (рис. 174) предназначена для закалки
изделий с линейным профилем поверхности шириной от 45 до
85 мм.
Горелка имеет мундштук 1 с удлинительной трубкой 2, смеси-
тельную камеру 3, накидную гайку 4 и инжектор 5, охлаждаемый
экран 6, разбрызгиватели 7 и 8, соединительные болты 9 и уста-
новочные шайбы 10. Вода для охлаждения мундштука поступает
по трубке 11. Наконечник присоединяется накидной гайкой к
корпусу 12 обычной сварочной горелки ГС или СУ. Подача аце-
тилена регулируется вентилем 13, а кислорода — вентилем 14,
газы поступают к горелке через ниппели 45. Благодаря незави-
симому охлаждению мундштука горелка может быть использо-
вана для закалки изделий способом быстрого вращения и непре-
рывно-последовательным.
Три охлаждающие устройства (экран и два разбрызгивате-
ля) позволяют использовать горелку для закалки на мартенсит
и тростит среднеуглеродистых сталей, производить закалку со
ступенчатым охлаждением высокоуглеродистых и легированных
сталей, а также местный нагрев при нормализации и гибке.
3. ИСТОЧНИКИ ГАЗОПИТАНИЯ
В соответствии с ГОСТ 8856—58 питание инжекторных горе-
лок с расходом ацетилена или других горючих газов свыше
2000 л[час при механизированных процессах газопламенной об-
работки должно производиться от источников питания, обеспечи-
вающих давление газа 0,1—0,35 кгс/см?.
В случае использования горелок безынжекторного типа дав-
ление ацетилена должно быть 0,35—1,2 кгс/см?,- а заменяющих
его газов — 0,5,— 1 кгс!см2.
Этим требованиям удовлетворяют ацетиленовые генераторы
конструкции ВНИИАВТОГЕН типа ГВР-3, ГРК-10 и АСС-1-56,
а также баллоны с растворенным ацетиленом и сжатыми или сжи-
женными горючими газами. Питание закалочных установок мо-
жет осуществляться также от сетей природного или городского
газов среднего давления (до 1 кгс/см2).
27—956 - 417
Глава XXV
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПЛАМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ
ЗАКАЛКИ С НАГРЕВОМ АЦЕТИЛЕНО-КИСЛОРОДНЫМ
ПЛАМЕНЕМ
1. ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПЛАМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ
В заводской практике ППЗ подвергают разнообразные изде-
лия из различных материалов, отличающиеся формой и размера-
ми рабочих поверхностей. В зависимости от условий работы из-
делия устанавливаются технические требования, определяющие
глубину, твердость и расположение закаленного слоя.
Учитывая программу выпуска и возможности производства,
технолог выбирает соответствующий способ закалки, оборудова-
ние для нее, режим работы огневой и охлаждающей аппарату-
ры, необходимую вспомогательную оснастку, способы контроля
процесса и его результатов. Далее проводятся опытная закалка
нескольких изделий и исследование качества закаленного слоя,
в результате чего корректируются условия нагрева и охлажде-
ния, а затем уточняется технологическая карта ППЗ изделия.
Исходные данные по разработке технологии приведены в ряде
литературных источников, поэтому ниже приводятся лишь сведе-
ния справочного порядка; основное внимание уделяется техноло-
гическим параметрам и технике выполнения ППЗ. Оба эти эле-
мента еще недостаточно освещены в литературе и их знание не-
обходимо для назначения и корректировки режимов ППЗ, обуче-
ния операторов и др. Естественно также, что наибольшее внима-
ние уделяется наиболее распространенному непрерывно-после-
довательному способу закалки, применяемому при изготовлении
крупногабаритных изделий.
2. СПОСОБЫ ПЛАМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ
sHa рис. 175 даны схемы основных способов ППЗ, которые бы-
вают циклические, непрерывные и комбинированные. При цик-
лических способах за.калки все точки закаливаемой
поверхности одновременно нагреваются выше температуры А Сз,
а затем одновременно охлаждаются, благодаря чему каждая точ-
ка поверхности одновременно проходит одинаковый термический
цикл и в результате получает одну и ту же твердость. Нагрев по-
верхности, например конца рельса, производится горелкой, пла-
мя которой равномерно распределено по всему участку. После
418
гашения пламени или отвода горелки нагретая поверхность я
охлаждается подачей воды через разбрызгиватель соответствую-;;
щей формы. Такой способ закалки, при котором изделие неш>'
движно, называется стационарным.
Цилиндрические изделия закаливают способом быстрого вра-
щения. При быстром вращении детали с нагревом неподвижной
горелкой поверхность ее нагревается равномерно во всех точках,
а после отвода горелки и закалки водой, подаваемой посредством •
полукольцевого разбрызгивателя, получает одинаковую твер-
Циклические способы
Рис. 175, Схема способов ППЗ:
а — стационарный, б — быстрого вращения, в — непрерывно-последова-
тельный, г — комбинированный кольцевой, д — комбинированный спираль-
ный; / — изделие, 2 — горелка, 3 — разбрызгиватель
дость. Непрерывные способы закалки характеризуют-
ся тем, что требуемый термический цикл точки поверхности изде-
лия проходят в разное время, по мере перемещения горелки или
изделия. Непрерывно-последовательный способ закалки призма-
тических изделий осуществляют путем перемещения горелки с
разбрызгивателем вдоль закаливаемой поверхности. При закал-
419 "
ке цилиндрических изделий горелка и разбрызгиват'ель непо-
движны, а изделие медленно вращается. В том и другом случае
процесс осуществляется с непрерывным нагревом и последова-
тельным охлаждением одного участка поверхности за другим.
Комбинированные способы з а к а л к и применяют-
ся для длинных валов в двух вариантах: а) при быстром враще-
нии вала и медленном перемещении кольцевой горелки и б) спи-
ральным способом.
Кольцевой комбинированный способ с быстрым вращением
детали и медленным перемещением кольцевой горелки применя-
ют для закалки валов небольшого диаметра, а спиральный спо-
соб осуществляется линейной горелкой и применяется для круп-
ных валов диаметром более 150 мм. Необходимо отметить, что
скорости перемещения горелок при непрерывных способах закал-
ки принимаются такими же, как и при закалке с нагревом током
высокой частоты около 50—250 мм)мин.
Перечисленные способы разработаны для закалки самых раз-
личных изделий: клапанов, толкателей, болтов, шкивов, опорных
и крановых катков, роликов, подшипников, направляющих ста-
нин, коленчатых валов, штоков компрессоров, зубьев шестерен,
прокатных валков и др. Подробная номенклатура закаливаемых
изделий приводится в специальной литературе.
Выбор способа закалки. Определяющими элементами для вы-
бора способа закалки являются форма и размеры изделия, про-
изводительность источников горючего газа и имеющаяся огневая
аппаратура. С технической точки зрения предпочтение следует
отдавать тем способам ППЗ, которые обеспечивают получение
закаленного слоя равной глубины и твердости на всей рабочей
поверхности изделия. С экономической точки зрения наиболее
выгодными способами являются такие, которые при высоком
качестве закалки требуют наименьшей затраты материалов и
времени на одно изделие.
Часто эти требования противоречат друг другу. Так, напри-
мер, шкивы или тормозные барабаны можно закаливать спосо-
бом быстрого вращения, получая одинаковую глубину и твер-
дость по всей поверхности, но для этого требуется источник аце-
тилена значительно большей мощности, чем в случае непрерыв-
но-последовательного способа закалки. Кроме того, удельная за-
трата горючей смеси при равной глубине закаленного слоя в пер-
вом случае будет больше в 1,5—2 раза. Для выбора способа
закалки необходимо исходя из программы выпуска рассчи-
тать себестоимость ППЗ в обоих случаях с учетом возмож-
ного снижения ее при применении специализированного обору-
дования.
В условиях ремонтных цехов и заводов с разнообразной но-
менклатурой производства для ориентировки при выборе спосо-
ба закалки можно использовать данные табл. 65.
420
421
3. ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА
При ППЗ на ход процесса и его результаты оказывают влия-
ние многочисленные технологические параметры, относящиеся к
изделию, источнику тепла и источнику охлаждения (рис. 176).
В процессе ППЗ эти параметры находятся в сложном взаимодей-
ствии, зачастую влияют в противоположных направлениях, а по-
этому приводимая ниже классификация их является приближен-
ной; однако она может служить как для анализа явлений, про-
Парамсгпры пламенной поверхностной закалки
{.Изделие
1.Размеры сечения, В мм
I. Химсостав
3 Прокачиваемость,мм
4 Теплопроводность Х.кал/см.секград
5 Теплоемкость су, кал/см}
И. Нагрев
I Линейный расход ацетилена ^/час-ом
2 Состав газовой смеси, fl
З.Скорость истечения газовой смеси
Wc, м/сек
^Сосредоточенность источника
тепла к,1/смг
5. Расстояние горелки от изделия Цмм
6. У гол наклона пламени ср“
/.Скорость перемещения горелки
или изделия и. мм/м ин.
Ш. Охлаждение
1.Линейный расход охлаждающей
среды кв, л/часом
2 Скорость истечения ws, м/сек
3. Теплофизические свойства
4 Расстояние между зоной нагрева
и зоной охлаждения не,мм
5. Температура Те,град.
Рис. 176. Параметры пламенной поверхностной закалки
исходящих при ППЗ, так и для практической^разработки и кор-
ректировки технологического режима.
Параметры изделия. Основными параметрами изделия явлЯ1
ются толщина сечения, теплофизические и металлургические
свойства материала. От т о л щ и н ы сечения изделия при про-
чих равных условиях зависит скорость нагрева поверхностного
слоя до температуры закалки и распределение температуры по
глубине. Чем меньше толщина сечения, тем быстрее происходит
нагре^ и тем меньше перепад температур по глубине. Отсюда
следует, что при закалке изделий небольшого сечения для избе-
жания сквозного прогрева следует применять источники тепла
большей мощности, чем при закалке массивных изделий.
Толщина изделия влияет также и на процесс охлаждения
при закалке, но это влияние уже связано с предварительно обра-
422
зовавшимся температурным полем. Если процесс нагрева ведется
интенсивным пламенем и в результате прогревается только по-
верхностный слой, то последующее охлаждение будет происхо-
дить с тем большей скоростью, чем толще сечение изделия.
Теплофизические свойства металла, в первую оче-
редь его теплопроводность и температуропроводность, оказыва-
ют влияние на ход процессов нагрева и охлаждения при ППЗ.
Для среднеуглеродистых сталей, наиболее часто подвергаемых
ППЗ, коэффициент теплопроводности А, находится в пределах
0,06—0,09 кал!см- сек. • град, а коэффициент температуропровод-
ности а в пределах 0,07—0,085 см21сек (для средней температуры
процесса 400—500°). Чем выше теплопроводность металла, тем
быстрее выравнивается температура по сечению изделия при на-
греве и тем более мощный источник тепла следует применять в
этом случае. Теплопроводность металла уменьшается при уве-
личении содержания углерода в стали.
Кроме того, на ход процесса и результаты закалки значи-
тельно влияет общая температура изделия То. При применении
горючих газов с малой теплотворной, способностью для достиже-
ния максимальной глубины закаленного слоя или для предуп-
реждения закалочных трещин необходим предварительный
общий подогрев изделия до То= 150—200°.
На результаты закалки оказывают влияние металлурги-
ческие характеристики металла изделия: величи-
на зерна, а также наличие в нем примесей и специальных доба-
вок. В своей совокупности они определяют прокаливаемость
металла, т. е. максимально достигаемую глубину закаленного
слоя и его твердость. Наиболее целесообразно подвергать ППЗ
мелкозернистые стали с величиной зерна № 6—8 (ГОСТ 5639—
51), так как при закалке крупнозернистых сталей образуется
крупноигольчатый мартенсит. Наличие в стали элементов, из-
мельчающих зерно (Ti, V), позволяет проводить ППЗ, не опаса-
ясь перегрева, и улучшает качество закалки. Данные о наиболее
употребительных марках сталей приведены в табл. 66.
Кроме сталей, ППЗ могут подвергаться перлитные, феррито-
перлитные и легированные чугуны (табл. 67). К чугунам предъ-
является требование, чтобы количество связанного углерода в
них было не менее 0,6%.
Параметры источника тепла. Нагрев изделия при ППЗ осу-
ществляется мощным пламенем, образующимся при сгорании
горючего газа в смеси с кислородом. Передача тепла от пламени
производится конвективным путем при омывании поверхности
изделия газовыми струями с высокой температурой. Тепло, вы-
делившееся при сгорании горючего газа, не полностью передает-
ся металлу, так как большая часть его теряется на нагрев про-
дуктов сгорания и окружающего воздуха.
Углеводородные,газы при сжигании в смеси с кислородом об-
423
Таблица 66
Стали, пригодные для ППЗ
Марка стали Температура нагрева при закалке; град Охлаждающая среда Достигаемые в результате закалки
Твердость по Роквел- лу Глубина закалки, мм
35 800—900 Вода 55 4
40 870—890 58 4
45 860—880 60 4
50 850—870 « 61 4
55 840-860 62- 4
60 820-840 « 63 4
70 800—820 64 4
40Г 820-840 « 58 5
45Г 820—880 « 60 5
45Г2 820—840 Вода + воздух 55 6
40Г2 820-840 58 ' 6
35Х 860—880 Вода 55 ч 4
40 X 849—860 58 4
40ХГ 830—870 Вода + воздух 58 „ 5
35ХМ 830— 750 » 55 10
ШХ9 750-780 » 62 5
ШХ15 750-780 62 5
Таблица 67
Чугуны, пригодные для ППЗ
Класс чугуна Марка чугуна Темпера- тура наг- рева при закалке, град Охлаждающая среда Твердость после закалки по Бринеллю
Серый СЧ18-36 800—870 Вода 430-500
Модифициро- СЧ28-48 800—850 480—530
ванный
Ковкий КЧ40-3 800-850 450-500
Легированный СЧ32-52 850-900 Вода + воздух 450-500
СЧ38-68 840—900 450—550
разуют пламя, неоднородное по своему составу. В нормальном
ацетилено-кислородном пламени различают три зоны: .ядро, вос-
становительную зону и факел. Ядро характеризуется ярким све-
чением частиц свободного углерода, образующихся при термиче-
ском^распаде ацетилена. В восстановительной зоне происходит
частичное окисление углерода, а в факеле — окончательное
окисление углерода и водорода до СОг и Н2О.
Нормальное пламя образуется при объемном соотношении
кислорода к ацетилену р= — = 1,1 —ь-1,2. Пламя с таким составом
Иг
424
смеси имеет ярко очерченное ядро и может легко устанавливать'
ся по внешнему виду. При меньшей подаче кислорода ядро'
пламени вытягивается и теряет правильную форму; при избытке
кислорода ядро укорачивается, принимая форму конуса и фио-
летовый оттенок. Температура пламени вдоль его оси изменяется
в зависимости от состава горючей смеси.
На скорость и температуру нагрева изделия при ППЗ влияют
энергетические и установочные параметры источника тепла.
К энергетическим параметрам относятся расход
ацетилена Va (л/час), соотношение кислорода и ацетилена в сме-
си р, скорость истечения смеси из мундштука Wc (м/сек) и сосре-
доточенность источника тепла К (\/см2).
Установочными параметрами являются: расстоя-
ние между горелкой и изделием Н, мм, скорость перемещения
горелки v (мм/мин); угол наклона пламени к поверхности ср.
Кроме этого, к параметрам, связанным с источником тепла, от-
носятся: время подогрева начального участка изделия то (сек)
при непрерывных способах закалки и общая длительность нагре-
ва тн (сек) при циклических способах.
Поскольку общий расход ацетилена Va может характеризо-
вать только данный частный случай применения ППЗ, то в целях
обобщения и для удобства назначения режимов нагрева ориен-
тируются на нормированные величины расходов ацетилена. Для
непрерывных способов закалки такой величиной является линей-
ный расход ацетилена £а (л/час • см), представляющий отношение
общего расхода ацетилена Уа (л/час) к расчетной ширине мунд-
штука 1Р (см). Соответственно, при назначении режимов нагрева
циклических способов закалки используется величина часового
удельного расхода ацетилена щ, (л/час • см2), равная отношению
общего расхода ацетилена Va (л/час) к расчетной площади сече-
ния мундштука Fp (см2).
К источнику тепла предъявляется требование, чтобы он во
время нагрева создал в поверхностном слое изделия определен-
ное температурное поле. Поскольку передача тепла от поверхно-
сти в глубь изделия осуществляется за счет теплопроводности, то
образующееся температурное поле будет определяться, с одной
стороны, количеством тепла, передаваемым в единицу времени
от источника тепла к изделию, и, с другой стороны, количеством
тепла, уходящим в единицу времени в глубь изделия.
Естественно, что в процессе нагрева поверхность изделия бу-
дет иметь большую температуру, чем слои, лежащие глубже.
В связи с этим возникает необходимость, чтобы поверхностный
слой не был перегрет до температуры начала интенсивного роста
зерен аустенита, а на заданной глубине была достигнута темпе-
ратура а — Т-превращения. Следовательно, мощность, источни-
ка тепла и время н’агрева должны выбираться исходя из толщи-
ны сечения изделия и заданной глубины закаленного слоя.
425
На рис. 177 даются схемы распределения температуры (тем-
пературных полей) по сечению изделия при нагреве источником
тепла малой, нормальной и избыточной мощности.
В большинстве случаев ППЗ применяется для металла тол-
щиной более 20 мм. Для таких средних условий закалки величина
линейного расхода ацетилена £а принимается в пределах 400—
ООО л!час'см. Это объясняется тем, что применение меньших
мощностей приводит к более длительному нагреву и, следователь-
но, к снижению производительности процесса закалки, а приме-
нение более мощных источников тепла связано с большими по-
терями его в окружающую среду.
Рис. 177. Распределение температуры при ППЗ по сечению
изделия в процессе нагрева источником тепла:
а — малой мощности, б —нормальной мощности, в — избыточной
мощности
Соотношение ацетилена и кислорода в смеси влияет на темпе-
ратуру пламени. Наибольшая температура пламени достигается
при р= 1,5 : 1,75. Однако установить такой состав смеси по внеш-
нему виду пламени невозможно, для этого необходимо измерять
расходы ацетилена и кислорода. Поэтому в обычных заводских
условиях применяют нормальное пламя, характеризуемое вели-
чиной отношения кислорода к ацетилену 0=1,1 : 1,2. Скорость
истечения*горючей смеси обычно находится в пределах 60—
140 м)сек. Большим скоростям истечения горючей смеси соответ-
ствует более интенсивный нагрев, и их применяют для закалки
на сравнительно малую глубину. Для достижения большей глу-
бины закалки уменьшают скорости истечения горючей смеси.
426
Со скоростью истечения горючей смеси и общим расходом
ацетилена связана сосредоточенность источника тепла, завися-
щая также от диаметра, числа и расположения сопел у горелки.
Один и тот же общий расход ацетилена может быть получен
при различных сочетаниях диаметров каналов и количества со-
пел. Практически при осуществлении ППЗ непрерывными спосо-
бами применяют мундштуки, в которых сопла для выхода газо-
вой смеси располагаются в один или два ряда. Расстояние между
осями каналов газовых сопел выбирается таким, чтобы к отдель-
ным факелам обеспечивался свободный доступ воздуха из атмос-
феры. Но это расстояние должно быть не слишком велико, так
как при большом расстоянии между соплами не достигается рав-
номерный нагрев поверхности изделия.
Чем меньше расстояние между осями каналов сопел и чем
меньше количество рядов сопел, тем на меньшую площадь по-
верхности при постоянной мощности пламени будет действовать
тепловой поток и тем интенсивнее будет происходить нагрев.
Установочные параметры источника тепла. Расстояние горел-
ки от изделия Н (мм) может изменяться в сравнительно широких
пределах. При газовых соплах диаметром 0,7 мм это расстояние
равно 7 мм, а при соплах диаметром 1,2 мм составляет 12 мм.
У нормального ацетилено-кислородного пламени с соотношением
смеси ₽=1,1 : 1,2 наибольшая температура достигается на рас-
стоянии. 3—4 мм от конца ядра.
Зону с наибольшей температурой используют для получения
быстрого нагрева изделия на небольшую глубину. При необхо-
димости более глубокого прогрева изделия без перегрева поверх-
ности горелку устанавливают на большем расстоянии от изделия.
Скорость перемещения горелки v (мм/мин) при непрерывных
способах закалки является основным установочным параметром,
наиболее пригодным для регулирования режима. Это объясняет-
ся тем, что пределы регулирования скорости перемещения горел-
ки значительно шире, чем для какого-либо другого параметра.
Уменьшая или увеличивая скорость перемещения, можно изме-
нять температуру поверхностного слоя и глубину прогрева.
Угол наклона газовых сопел при циклических способах за-
калки гр = 90°, а для непрерывных — в пределах 100—115°. При
таком угле наклона факел пламени отражается вперед по ходу
горелки и подогревает еще холодный металл, что способствует
некоторому увеличению производительности процесса закалки.
Время нагрева начального участка имеет значение при не-
прерывных процессах закалки. В результате нагрева начального
участка в изделие вводится тепло, поверхностный слой достигает
закалочной температуры и при движении горелки зона прогрева
перемещается вмеете с горелкой. Нагрев начального участка слу-
жит для того, чтобы быстрее достигнуть теплонасыщения и войти
в режим, при котором размеры температурного поля не изме-
427
няются, что способствует получению одинаковой глубины зака-
ленного слоя по всей длине изделия. Время предварительного
подогрева выбирается в зависимости от мощности пламени.
Параметры охлаждения. Охлаждение при, ППЗ осуществляет-
ся с помощью разбрызгивателей, подающих воду или воздух на
нагретый участок металла. В большинстве случаев в качестве
охлаждающей среды используется вода с температурой 15—20°.
Источник охлаждающей среды должен обеспечивать на задан-
ной глубине от поверхности изделия скорость охлаждения, пре-
вышающую критическую для стали данного состава.
Поскольку охлаждение нагретой поверхности изделия проис-
ходит при омывании ее струями воды или воздуха, то, следова-
тельно, теплопередача от изделия к охлаждающей среде- осу-
ществляется преимущественно конвективным путем, а охлажде-
ние глубинных точек изделия — за счет теплопроводности
металла. Отсюда по аналогии с параметрами источника тепла
параметрами охлаждения являются: скорость истечения Охлаж-
дающей среды WB (м/сек), температура Тв, теплопроводность и
теплоемкость. Для средних условий непрерывных способов за-
калки линейный расход охлаждающей среды принимается рав-
ным ^вд =0,4—0,6 л/мин -см, а при стационарных овл =0,2—
0,5 л/мин- см2, часовой расход воды находится в пределах овд =
= 12—30 л/час-см2. Скорость истечения в пределах 2—5 м/сек.
В некоторых случаях при закалке сталей с повышенным со-
держанием углерода, марганца или хрома во избежание образо-
вания трещин или при закалке 'на тростит применяют двойное
ступенчатое охлаждение с предварительным воздушным охлаж-
дением и последующей закалкой водой или закалку воздухом.
При непрерывных способах закалки с двойным охлаждением
линейный расход воздуха берется в пределах 1,5—2,5 м^/час-см.
4. ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СПОСОБОВ ЗАКАЛКИ
Оборудование. В качестве оборудования применяются уни-
версальные или специализированные станки конструкции
ВНИИАВТОГЕН или заводских конструкций. Основными тре-
бованиями, предъявляемыми к оборудованию, являются
возможность закрепления изделия в положении, удобном для за-
калки, и перемещения изделия (или горелки) с заданной регу-
лируемой скоростью в пределах 50—250 мм/мин. Для закалки
крупномодульнЙГх шестерен испб’льзуют установки УЗШ-4 и
АЗШ-2.
Огневая аппаратура выбирается исходя из профиля закали-
ваемой поверхности. Для поверхностей с линейным профилем
применяются горелки МЗГ-49, НАЗ-55, ЛГ-200, ЛГ-400 и Л Г-600;
для закалки крановых катков и крупномодульных шестерен —
428
профильные специализированные горелки, а для закалки длин-
ных валов — горелки типа КГ и ПКГ.
Вспомогательная газовая аппаратура выби-
рается на основе общей комплектовочной схемы (см. рис. 175) в
соответствии с требуемыми расходами горючего газа и кисло-
рода.
Непрерывно-последовательный способ закалки. При выборе
технологических параметров исходят из ширины закаливаемой
поверхности В (мм), толщины изделий б (мм) и требуемых глу-
бины А (лж) и твердости RC закаленного слоя (рис. 178).
Общий расход ацетилена нахо-
дят по соотношению Va = 0,1 B^a
(л/час). Для горелок типа МЗГ
и ЛГ линейный расход ацетилена
может изменяться в пределах £а =
= 300 — 400 л/час • см, а у горелок
НАЗ-55 £а = 500 — 700 л/час-см в
зависимости от регулировки соста-
ва пламени и источников питания
тазами.
Рис. 178. Исходные данные
для выбора технологических
параметров непрерывно-по-
следовательного способа
ППЗ:
RC —твердость поверхности;
А — глубина закаленного слоя,
о —толщина изделия, мм\ В —
ширина изделия, мм
При недостаточной ширине го-
релки закалку ведут в несколько
проходов.
Общий расход кислорода под-
считывают, исходя из состава сме-
си = 1,1 : 1,2 по соотношению
14 = рКа л/час.
Расход охлаждающей воды при
закалке на мартенсит определяют
по формуле Увд =0,1 л/мин, где £вд =0,3 — 0,5 л/мин-см.
Расстояние между ядрами пламени и струями воды прини-
мается в пределах 20—25 мм.
Перечисленные технологические параметры могут в дальней-
шем оставаться постоянными, а глубина закаленного слоя при
ППЗ среднеуглеродистых сталей регулируется скоростью пере-
мещения горелки.
Скорость перемещения горелки v (мм/мин) при закалке на
мартенсит в зависимости от толщины изделий б (мм), требуемой
глубины закаленного слоя А (леи) и линейного расхода ацети-
лена £а(л/час • см) определяется по графикам (рис. 179).
Расстояние мундштука горелки от поверхности Н (мм) в за-
висимости от диаметра газовых сопел устанавливается по
табл. 68.
Время подогрева начального участка то (сек) в зависимости
ют линейного расхода, ацетилена £а (л/час • см) при закалке изде-
лий толщиной свыше 20 мм устанавливается по табл. 69.
Техника выполнения ППЗ. Как указывалось выше, контроль
429
процесса ППЗ осуществляется косвенным методом, по показа-
ниям приборов, характеризующих подачу газов и воды, а также
скорости перемещения горелки (изделия).
Основной задачей оператора, выполняющего закалку, являет-
Рис. 179. Диаграммы для выбора ско-
рости перемещения горелки при непре-
рывно-последовательном способе закал-
ки стали 45 в зависимости от толщины
изделия д (.«.и) при различном линейном
расходе ацетилена С а (л/час-см) для глу-
бины закалки а—2 мм (а) и 6=3,5 мм
(б) при постоянных условиях охлажде-
ния (линейный расход воды СВд=
= 0,4 л!мин-см, /7=21 мм)
ся точное соблюдение режи-
ма, указанного в техноло-
гической карте. Однако при
работе на неспециализиро-
ванных установках, при от-
сутствии дополнительных
средств контролирования
температуры, отсутствии ко-
нечных выключателей и
т. п., а также при опытной
разработке технологии за-
калки новых изделий слож-
ного профиля или перемен-
ного сечения оператору не-
обходимо знать ряд техни-
ческих приемов по стабили-
зации режима нагрева, пре-
дупреждению закалочных
трещин и уменьшению зон
отпуска.
Регулирование
мощности пламени.
Многопламенная закалоч-
ная горелка с инжекторным
или безынжекторным сме-
шением газов является ра-
ботоспособной тогда, когда
все газовые каналы и газо-
вые сопла свободны от за^
усенцев, пыли, масла и дру-
гих ограничивающих сво-
бодный выход газов препят-
ствий. Кроме этого, Из всех
сопел газовая смесь должна
выходить со скоростью, пре-
вышающей скорость распро-
странения пламени в смеси
данного состава. Если хотя
бы в одном сопле скорость-
истечения газовой смеси будет меньше, то горелка будет рабо-
тать неустойчиво с хлопками и обратными ударами пламени.
Отсюда следует, что для достижения бесперебойной, устойчи-
вой работы горелки оператор должен перед началом закалки«
430
Таблица 68
Расстояние мундштуков горелки от поверхности
Диаметр канала газовых сопел dc (мм) 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
Расстояние мундштука горелки от поверхности Н (мм) 7-8 8-9 8,5—9,5 9-10 10—11 10—12
Таблица 69
Время подогрева начального участка
Линейный расход ацетилена
С (л/иас-см)
300
400 500 600 700
800
Время подогрева на-
чального участка То (сек)
21 19
18 16 14
13
всегда проверять ее и устранять неравномерность горения от-
дельных факелов. Предварительная проверка горения проводит-
ся в темных очках для защиты глаз при подаче избыточного ко-
личества ацетилена в горелку. Лишь после того, как устранена,
возможная неравномерность горения отдельных факелов, следует
увеличивать подачу,кислорода и регулировать пламя. Необхо-
димо также знать регулировочную характеристику горелки, что
дает возможность получать высокое качество закалки на всех
деталях и избегать хлопков и обратных ударов.
В многосопловых горелках регулирование мощности пламени,
может производиться в сравнительно узких пределах, обуслов-
ленных диаметром каналов газовых сопел и конструкцией мунд-
штука. При избыточной подаче горючей смеси отдельные факелы
начинают отрываться от мундштука, и такое пламя не может
служить для равномерного нагрева металла. При недостаточной
подаче горючей смеси пламя становится неустойчивым и может
проникнуть внутрь мундштука с образованием хлопка или обрат-
ного удара. Обычно у многопламенных закалочных горелок ин-
жекторного типа сечения газовых каналов и каналов сопел вы-
бираются такими, чтобы обеспечивалось двукратное изменение
мощности при уменьшении или увеличении давления кислорода
перед входом в горелку от 2 до 5 кгс/см2. При этом наиболее
устойчивое горение пламени достигается под давлением кисло-
рода 4—5 кгс1см2.
Для того чтобы дополнительные сопротивления не влияли на
регулировку пламени, регулировочную характеристику снимают
при полностью открытом кислородном вентиле горелки. Перед
4311
снятием характеристики необходимо проверить разряжение в
ацетиленовом канале.
Для снятия регулировочной характеристики перед кислород-
ным штуцером устанавливают манометр со шкалой до 6 кас/сл2,
а затем, регулируя ацетиленовый вентиль, устанавливают нор-
мальное пламя. Устанавливая давление кислорода на входе в
горелку в 2; 2,5; 3 кгс/см2 и т. д., при соответствующем увеличе-
нии подачи ацетилена достигают, йаконец, такого давления кис-
лорода, при котором начинается отрыв факелов пламени от
мундштука. Данное давление кислорода является предельным.
Для работы предельное давление следует снизить на 15—20%.
Расход кислорода, соответствующий давлению Р (кгс/см2),
можно определить по соотношению VK = 0,43tZ„-(PK + 1) м3/час,
где с!л —диаметр инжектора в мм; Рк— давление кислорода
перед входом в горелку (кгс/см2) при полностью открытом кис-
лородном вентиле.
Соответственно определяют и расход ацетилена, который ра-
вен Иа = -у • Укм3/час, где соотношение газов в смеси 0= 1,1-s- 1,2
характеризует нормальную регулировку состава пламени.
Для дальнейшей оценки интенсивности теплового потока
определяют линейную мощность пламени по ацетилену:
Ра ,
I,» =------ лчас-см,
тде Уа— расход ацетилена в л/час;
п—число газовых сопел горёлки;
f— шаг между осями каналов смежных сопел в мм.
Полученные значения для давления кислорода Рк и соответ-
ствующие им значения расхода кислорода VK (л/час), ацетилена
Уа (л/час) и £ (л/час -см) наносят на график, которым в после-
дующем целесообразно пользоваться в качестве регулировочной
кривой горелки при отработке технологического режима за-
калки.
Закалка призматических изделий. Изделия приз-
матической формы (направляющие станков, штамподержатели,
опорные поверхности и др.) располагаются при. закалке так,
чтобы горелка за один проход могла пройти всю длину закали-
ваемой поверхности. При толщине изделия свыше 20 мм или при
достаточной жесткости его профиля закалка на глубину 2—3 мм
.производится без особых мер предосторожности против изгиба
закаливаемого изделия.
Установку горелки относительно поверхности изделия и про-
верку скорости ее перемещения производят без пламени, поль-
зуясь шаблоном или мерными плитками. Зажигание горелки и
ее регулировку производят, не нагревая изделия. Затем зажига-
ют пламя, быстро, вручную, устанавливают горелку над закали-
432
ваемой поверхностью на расстоянии 8—10 мм от ее грани и про-
изводят нагрев начального участка в течение 15—20 сек, после
чего включают привод для перемещения горелки. При нагреве
начального участка закалочная вода и вода, охлаждающая го-
релку, не должна попадать на изделие. Во избежание перегрева
в конце закалки горелку гасят на расстоянии 10—15 мм от конца
закаливаемой поверхности.
Если закалка ведется в один проход, то ширина мундштука
горелки должна быть такой, чтобы крайние факелы находились
на расстоянии 4—5 мм от боковых граней закаливаемой поверх-
ности.
Горелка
' Разбрызгиватель
для предварительного
и сопутствующее®
охлаждение
Рис. 180. Схема расположения разбрызгивателей,
обеспечивающая уменьшение коробления изделия
При закалке поверхности в несколько проходов для избежа-
ния отпуска ранее закаленной полосы последнюю охлаждают с
помощью разбрызгивателя, следующего рядом с работающей го-
релкой. При этом, для того чтобы вода из дополнительного раз-
брызгивателя не попадала на пламя, изделие ставится с уклоном
в сторону, противоположную пламени.
Меры борьбы с короблением. Длинные изделия с
толщиной стенки менее 20 мм следует закаливать, применяя
пламя большой мощности и высокие скорости перемещения го-
релки, с сокращением времени подогрева начального участка.
Поскольку при закалке факел пламени нагревает находящийся
впереди горелки металл, то глубина закаленного слоя может по-
степенно возрастать, что приведет к короблению изделия. Во из-
бежание этого применяют предварительное охлаждение металла
посредством разбрызгивателя, укрепляемого впереди закалочной
горелки (рис. 180). В других случаях во избежание коробления
28—956 433
все изделие помещается в ванну с проточной водой так, чтобы
выступали только участки, подлежащие закалке. Такой прием
применяется для закалки чугунных направляющих станин, имею-
щих сложный профиль. В таких случаях применяется также со-
путствующее охлаждение, препятствующее распространению теп-
ла в глубь изделия. Для этого дополнительные разбрызгиватели
устанавливаются не только впереди горелки, но и против боко-
вых граней изделия.
Закалка цилиндрических изделий. Закалка ци-
линдрических изделий непрерывно-последовательным способом
является одной из наиболее важных и распространенных опера-
ций, применяемых при изготовлении прокатных валков, крупных
коленчатых валов и плунжеров гидропрессов.
Последовательность операций при закалке такая же, как и
описанная в предыдущем случае. Некоторое различие между ни-
ми обусловлено тем, что на цилиндрическом изделии в «замке»,
т. е. месте замыкания начального и конечного участков закалки,
а также между цилиндрическими и спиральными закаленными
полосами образуются зоны отпуска (рис. 181). Для предотвра-
5)
- S
Рис. 181. Непрерывные способы ППЗ цилиндрических изделий с уменьше-
нием воны отпуска!
а — поддувом кислорода, б и в — сопутствующим охлаждением; / — горелка,
2 — разбрызгиватель для закалки, 3 — разбрызгиватель для подачи кислорода,
4 — разбрызгиватель для сопутствующего охлаждения соседнего участка, 5 — изделие
434
щения этого при закалке катков с небольшой шириной беговой
дорожки к моменту завершения оборота в рабочую зону пламени
через линейный разбрызгиватель подают кислород, который
уменьшает длину отраженного факела, предохраняет ранее за-
каленный слой от повторного нагрева и способствует сокращению
зоны отпуска. В случае закалки длинных плунжеров большого
диаметра параллельно с горелкой устанавливают дополнитель-
ный разбрызгиватель для подачи воды на ранее закаленную
полосу.
Предупреждение образования трещин. Трещи-
ны при закалке среднеуглеродистых сталей могут возникнуть
вследствие неправильного выбора технологических параметров
или при закалке железоуглеродистых сплавов более сложного со-
става вследствие их металлургических свойств в том случае,,
если эти свойства не учтены при разработке технологии за-
калки.
В процессе ППЗ в поверхностном слое возникают термические
и структурные напряжения. В нормально закаленном изделии
поверхностный слой испытывает напряжения сжатия, а пере-
ходная зона — напряжения растяжения, которые взаимно урав-
новешиваются. Однако при резкой закалке (т. е. быстром охлаж-
дении с излишне высокой температуры) равновесие между сжи-
мающими и растягивающими напряжениями нарушается й в
менее пластичном поверхностном слое могут возникнуть трещи-
ны. Причинами возникновения трещин при ППЗ могут быть так-
же резкие переходы от одного сечения к другому, наличие от-
верстий и других поверхностных концентраторов напряжений.
Образование трещин в этих случаях устраняется применением!
правильного термического,цикла, изменением конструкции изде-
лия или изменением условий нагрева и охлаждения на опасных
участках путем уменьшения или увеличения числа сопел в го-
релке и разбрызгивателе и применением сопутствующего охлаж-
дения тонких сечений. Уменьшение числа отверстий в горелке
и разбрызгивателе достигается установкой в них медных ко-
нусов.
В случае закалки хромистых, марганцовистых и высокоугле-
родистых сталей, как уже упоминалось выше, целесообразно
применять двойное ступенчатое охлаждение с промежуточным
охлаждением воздухом и последующей закалкой водой.
При закалке цилиндрических изделий из низколегированных
сталей,-склонных к отпускной хрупкости, и сталей с повышенным)
содержанием углерода необходимо при завершении процесса за-
калки стремиться не подвергать повторному нагреву до высокой
температуры ранее закаленный участок, а производить гашение
пламени горелки на расстоянии 4—6 мм перед этим участком или
применять поддув кислорода.
Комбинированный способ закалки. Комбинированный способ
28* 435
закалки с использованием кольцевых горелок типа КГ может
осуществляться на обычных токарных станках по режимам, при-
веденным в табл. 70.
Скорость вращения вала устанавливается в пределах 30—
80 об/мин. Техника выполнения закалки остается такой же, как
и при непрерывно-последовательном способе, но все операции
производятся при вращении изделия.
Т а-б л и ц а 70
Режимы комбинированного способа закалки
Диаметр вала, мм Индекс горелки Расход ацетилена, мз1час Расход кислорода, мг!час Скорость переме- щения горелки, мм(мин Подача воды, л[мин
40 КГ-40 3,0 3,6 60 30
50 КГ-50 3,0 3,6 45 40
60 КГ-60 5,0 6,0 65 47
70 КГ-70 5,0 6,0 55 , 55
80 КГ-80 6,0 7,2 57 65
90 КГ-90 6,0 7,2 50 70
100 КГ-100 10,0 12,0 80 80
120 КГ-120 11,0 13,2 70 95
140 КГ-140 13,2 15,8 75 110
При спиральном комбинированном способе закалки применя-
ются линейные горелки (НАЗ, ЛГ), скорость перемещения кото-
рых вдоль оси изделия должна подбираться исходя из ширины
мундштука и диаметра вала. При этом за один оборот вала го-
релка должна проходить расстояние, на 5—10 мм превышающее
ширину мундштука.
Окружную скорость вращения изделия и мощность пламени
выбирают, ориентируясь на данные графиков рис. 181.
5. ТЕХНОЛОГИЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ СПОСОБОВ ЗАКАЛКИ
Оборудование. В заводской практике циклические способы
применяют для закалки изделий сравнительно небольших раз-
меров, но разнообразной формы. Вследствие этого универсальное
оборудование типа токарных станков может быть использовано
для закалки только цилиндрических изделий, а в других случаях
требуется специализированное оборудование.
Например, для полуавтоматической закалки мелкомодуль-
ных шестерен применяются установки УГЗ-1-58 конструкции
ВНИИАВТОГЕН.
Огневая аппаратура для закалки способом быстрого враще-
ния выбирается из числа линейных горелок типа МЗГ-49, НАЗ-55
или ЛГ, а также специализированных горелок типа НАШ-55 для
вакалки коленчатых валов.
Горелки для закалки стационарным способом изготовляются
применительно к конкретным изделиям.
Вспомогательная газовая -аппаратура не отличается от при-
меняемой для непрерывных процессов. Для удобства отладки и
контроля процесса нагрева при циклических способах закалки
целесообразно применять оптические и радиационные пиро-
метры.
Способ быстрого вращения. При выборе технологических па-
раметров исходят из диаметра D (льи) и ширины В (мм) изде-
лия, требуемой глубины А (лгл) и твердости RC закаленного
слоя.
Общий расход ацетилена находят по формуле
1/а = 0,01тс-£)-Д-оад/адс,
где часовой удельный расход оа ацетилена принимается рав-
ным в пределах от 20 до 50 л/час-см2.
Общий расход кислорода подсчитывают по формуле
VK = р • Va л[час.
Расход, воды при закалке определяют по формуле
Увд = 0,011сД-В-аВд л!мин,
где интенсивность охлаждения оВД = 0,3 л/мин- см2.
Длительность нагрева'то (сек) в зависимости от удельного
часового расхода ацетилена оа, диаметра изделия D и требуе-
мой глубины закалки А выбирается по табл. 71, а длительность
охлаждения по табл. 72.
Стационарный способ закалки. Расход ацетилена, кислорода
и воды определяется, как и в предыдущем случае, исходя из пло-
щади закаливаемой поверхности F (см2).
Длительность нагрева поверхности изделия до температуры
900° принимают по данным табл. 73, а длительность охлаждения
ом = 0,3—0.6 л/мин-см2 — равным длительности нагрева или на
20% больше.
Таблица 7!
Длительность нагрева при закалке
Удельный часовой расход ацетилена ° а (л/час-см2) Продолжительность нагрева т (сек) изделия в зависимости от его диаметра D (ММ) для получения глубины закалки Д (мм)
0 = 50 | 0 = 100 0 = 150 £> = 200
Д=2 Д~4 Д=6 Д-2 Д = 4 Д-6 Д-2 Д-4 Д=6 Д-2 Д=4 д=6
20 85 96 111 153 170 190 209 230 250 257 278 300
30 75 86 100 116 130 146 148 155 172 160 173 190
40 66 77 90 87 100 114 100 112 125 105 120 132
50 56 68 80 - 66 80 88 70 83 92 74 86 93
437
Таблица 72
Длительность охлаждения при закалке
Характеристика режима охлаждения Диаметр изделия D (мм)
50 100 150 200
Время охлаждения, сек 20 30 38 45
Удельный расход воды, л/см2 0,1 0,16 0,2 0,23
Таблица 73
Длительность нагрева при стационарном способе закалки
Удельный часовой расход ацетилена а л/час-см2 Время нагрева тн (сек) поверхности до 900°' при толщине изделия 5 (мм)
20 40 60 80 120
40 60 72 78 82 88
60 30 40 44 47 51
100 13 21 24 26 •29
Глава XXVI
ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОВ —ЗАМЕНИТЕЛЕЙ АЦЕТИЛЕНА
ДЛЯ ПЛАМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ
Для ППЗ в качестве горючего, кроме ацетилена, используют-
ся также пропан, природный и городской газы, которые благода-
ря меньшей стоимости улучшают экономические показатели за-
калки.
Газы — заменители ацетилена отличаются от него по своим
теплофизическим свойствам: низшей теплотворной способностью,
более низкой температурой пламен^ и меньшей скоростью рас-
пространения пламени при сжигании в смеси с кислородом.
В связи с этими различиями теплофизических свойств для
расчетов огневой аппаратуры пользуются коэффициентами за-
мены. Коэффициент замены ф показывает, какой объем газа-
заменителя технологически эквивалентен единице объема аце-
тилена.
Основные теплофизические свойства газов-заменителей,
значения коэффициентов замены ф и данные о рабочем составе
438
газовых смесей при сжигании с кислородом для условий ППЗ
приводятся в табл. 74.
Таблица 74
Характеристика газов — заменителей ацетилена для ППЗ
Наименование газа Низшая теплотворная способность, ккал(м3 Температура пламени, град Коэффициент замены Отношение кислорода к горючему газу в смеси £
Ацетилен .... Метан и природный 12600 3150 1 1,15
'33 ...... .. 7500-9000 2000-2300 1,5 2
Городской газ . . 6000-7500 2000-2300 1,8 1,35
Пропан ..... 22350 2750 0,6 3,5
При средних условиях закалки применение газов-замените-
лей с технологической точки зрения не отличается от применения
ацетилена, если расчет горелок произведен с учетом коэффици-
ентов замены и допустимых скоростей истечения газовой смеси
из сопел. Лишь при закалке очень тонких сечений (менее 10 мм)
вследствие сравнительно низкой температуры пламени газы-
заменители не могут обеспечить получения закаленного слоя ма-
лой толщины и поэтому в. этих случаях их можно применять
только для закалки марок стали с малой прокаливаемостью.
Огневая аппаратура для газов — заменителей ацетилена рас-
считывается исходя из допустимого расхода газа на одно сопло
(табл. 75).
Таблица 75
Расходы газов — заменителей ацетилена, принимаемые при расчете горелки
Наименование газа Расчетный расход газа на одно сопло (л}час) при диаметре сопла (мм)
0.8 1.0 1.2 1,4
Ацетилен ..... 100 175 276 405
Метан 32 55 87 128
Пропан ..... 26 45 71 104
Городской газ . . . 37 65 102 150
Из данных табл. 74 следует, что с учетом коэффицента за-
мены ф при равном шаге между соплами у горелки, работаю-
щей на ацетилене, диаметр канала каждого сопла должен быть
равен 0,8 мм, у горелки, работающей на пропане, — около 1,2мм,
а при использовании городского газа—1,5 .им. Так как газы-
439
заменители требуют для горения большего количества кислорода,
чем ацетилен, то проходные сечения кислородных каналов и ин-
жекторов или дозирующих дюз при прочих равных условиях
должны быть увеличены. Это учтено в разработанных
ВНИИАВТОГЕН пропано-кислородной закалочной горелке
ГЗЗ-1-57 и горелке для природного1 газа ГЗЗ-2-57.
Технологию ППЗ с использованием газов-заменителей це-
лесообразно разрабатывать, используя данные главы XXVI по
выбору параметров закалки с применением ацетилено-кислород-
ного пламени. В частности, для расчета расхода газа следует
определить расход ацетилена, а затем, пользуясь значением
коэффициентов ф и р из табл. 74, определить расходы газа-за-
менителя и кислорода.
При этом условии для определения скоростей перемещения
горелки при непрерывных способах закалки, а также определе-
ния длительности нагрева при циклических способах можно
пользоваться данными, приведенными для ППЗ с нагревом аце-
тилено-кислородным пламенем.
В связи с использованием газов-заменителей несколько
усложняется контроль состава горючей смеси. Если используется
инжекторная аппаратура, то количество подаваемого кислорода
может устанавливаться по давлению на входе в горелку, а -со-
став смеси регулироваться по длине ядер пламени, что предус-
матривается в инструкциях по эксплуатации горелок. При ис-
пользовании безынжекторной аппаратуры контролирование рас-
хода кислорода и горючего газа может производиться с помощью
шайбовых расходомеров или по показаниям манометров, уста-
новленных на входе в горелку, если известна ее регулировочная
характеристика.
Другие элементы технологии ППЗ (оборудование, способы
закалки, способы контроля результатов, меры предупреждения
дефектов закалки и др.) остаются такими же, как при использо-
вании ацетилена.
Для сравнения экономических показателей ППЗ с примене-
нием ацетилена, пропана и городского газа приведем пример
разработки технологии закалки коленчатого вала компрессора
АО-1200 (материал сталь 45; вес 950 длина 3200 мм). Закал-
ке подлежат пять коренных шеек диаметром 180 мм и четыре
шатунные шейки диаметром 160 мм. Ширина закаливаемых
участков 85 мм. По техническим условиям глубина закаленного
слоя должна быть 2,5—3 мм при твердости 50—55 RC.
В связи со значительными размерами вала применяется не-
прерывно-последовательный способ закалки. В качестве зака-
лочного станка используется токарный станок с дополнительным
редуктором и бесступенчатым регулированием числа оборотов
шпинделя (двигатель постоянного тока с реостатом). Закалка
440
ведется при скорости вращения 100 мм/мин (один оборот вала
за 5,65 мин для коренных шеек и 5 мин для шатунных).
Для закалки применяется ацетилено-кислородная закалоч-
ная горелка с наконечником НАЗ-55 при ширине мундштука
85 мм. Расход ацетилена исходя из ширины закаливаемых участ-
ков 80 мм составит Va =0,1 В • £а = 0,1 • 80 • 500 = 4000 л/час.
Расход кислорода = |3 • Va = 1,15 • 4000 = 4600 л/час. Расход
воды для закалки Увд =0,1 -В-с,вл = 0,1 • 80-0,4 = 3,2 л/мин. Для
предупреждения образования закалочных трещин при закалке
холодной водой применяется промежуточное подстуживание воз-
духом. Расход воздуха У„3 =0,1 • В • £вз =0,1 • 80 • 1,5= 12 мР/час.
Расстояние между огневыми и воздушными соплами горелки
принимается равным 12 мм, а между воздушными и водяными —
15 мм. Режим подачи горючей смеси контролируется по мано-
метру, установленному перед кислородным штуцером горелки.
Требуемое давление кислорода при диаметре инжектора Д, =
= 1,4 мм.
Рк
_Z*_ —1 =
0,43dH“
4,6
0,43-1,96
— 1 = 4,4 кгс/см2.
Расходы воздуха и воды контролируются по их давлению
на входе в разбрызгиватели. Для корректировки выбранного ре-
жима и проверки качества закаленного слоя производится за-
калка 2—3 модельных образцов.
Перед закалкой закаливаемые поверхности очищаются от за-
грязнений, а в отверстия для смазки забиваются медные пробки.
Коленчатый вал устанавливается так, чтобы начальный участок
закалки приходился на наименее нагруженный участок шейки.
Время предварительного подогрева выбирается равным 20 сек,
с последующим включением привода шпинделя. Зажигание и ре-
гулировка пламени горелки производятся при отводе ее от вала
на поворотном суппорте. При нагреве начального участка и по-
следующей закалке расстояние горелки от поверхности должно
быть равным 10—12 мм. После закалки твердость поверхностно-
го слоя проверяется тарированным напильником.
При использовании взамен ацетилена пропана расходы газов
при прочих равных условиях будут равны:
пропана 1/п = ф-Ц, = 0,6-4000 — 2400 л/час,
кислорода VK — рп- ]/„ — 3,5-2400 = 8400 л/час ' (8,4 м3/час).
При использовании городского газа расходы соответственно
составят:
городского газа Vr =г|з • V8 = 1,8 4000 = 7200 л/час-,
кислорода 14=₽г • Уг= 1,35 •7400 = 9720 л/час (10,8 м?/час).
С учетом времени на установку и регулировку пламени время
горения при закалке вала составит около 1 час.
Принимая стоимость газов: ацетилена из генераторов
0,42 руб/м3, растворенного ацетилена 0,52 руб/м3, пропана
441
0,14 руб/м3, городского газа 0,02 руб/м* и кислорода 0,06 руб/м3,
получим следующую стоимость газов на закалку вала при оди-
наковых затратах других материалов, электроэнергии и времени
(табл. 76).
Таблица 76
Стоимость газов, расходуемых на закалку вала
Горючая смесь Состав смеси р Затрата газовой смеси, мл Стоимость газовой смеси
руб/м’ на закалку вала, руб. относи- тельная
Ацетилен из генераторов + кислород . ...... 1,15 8.6 0,242 2.1
Ацетилен растворенный (из баллонов) + кислород . . 1,15 8,6 0,288 2,5 1,19
Пропан + кислород . . . Городской газ + кисло- 3,5 10,8 0,078 0,84 0,43
род ......... 1,35 16,9 0,043 0,73 0,37
Данный пример, взятый из практики, показывает, что при за-
калке массивных изделий на каждом кубометре ацетилена при
замене его пропаном экономится 0,28—0,38 руб., а при замене
городским газом — 0,31—0,41 руб.
Газы-заменители используются не только в горелках обыч-
ного инжекторного типа. Проводится работа по применению для
ППЗ пропано-кислородных горелок ракетного типа, повышаю-
' щих производительность непрерывных способов закалки в 8—
10 раз, а также газовоздушных горелок конвективного и радиа-
ционного типов, дающих значительную экономию за счет низкой
стоимости горючей смеси. Успешно применяются для ППЗ керо-
сино-кислородные закалочные горелки. Использование газов —
заменителей ацетилена, создание специализированного и авто-
матизированного оборудования, оснащенного приборами для не-
посредственного измерения температуры закалки, а также про-
мышленный выпуск средств ППЗ являются условиями для даль-
нейшего повышения производительности труда при термической
газопламенной обработке деталей в машиностроении.
X
ЛИТЕРА ТУРА
ВНИИАВТОГЕН. Машины и аппараты конструкции ВНИИАВТОГЕН.
Справочные материалы. Вып. 9. Машгиз, 1957.
ВНИИАВТОГЕН. Обмен опытом газопламенной обработки металлов.
Сб. 4. ЦБТИ машиностроения, 1958.
Гуляев А. И. Термическая обработка стали. Машгиз, 1953.
Гузов С. Г. и Стрижевский И. И. Техника безопасности при га-
аопламенной обработке металлов. Изд. 2. Машгиз, 1961.
Егоров А. А. Пламенная закалка зубьев мелкомодульных шестерен
способом быстрого вращения. ЦИНТИМАШ, I960.
442
Егоров А. А. и Коровин А. И. Пламенная поверхностная закалка
в машиностроении. ЦИНТИМАШ, 1961.
Коровин А. И. Установка для автоматической закалки зубьев шесте-
рен УЗШ-1. Ленинградский дом научно-технической пропаганды. Вып. 30.
1953.
Коровин А. И. Пламенная поверхностная закалка. Справочные мате-
риалы. ВНИИАВТОГЕН. Вып. 17. Машгиз, 1959.
Коровин А. И. Новые горелки для поверхностной термообработки.
ИТЭИН. Вып. № Т-56-524/14. М„ 1956.
Коровин А. И. Новые горелки для пламенной поверхностной закалки,
работающие на газах — заменителях ацетилена. ЦИТЭИН. Вып. №М-59-35/12.
М„ 1959.
Коровин А. И. Газопламенная поверхностная закалка. ВНИИАВТО-
ГЕН, Библиотечка автогенщика. Вып. 1. Машгиз, 1960.
Коровин А. И. и Шеер Б. Ш. Установка для пламенной закалки
опорно-поворотных устройств башенных кранов. ЦИТЭИН. Вып. № М-59-415/19.
М., 1959.
Куницын Н. М. Газопламенная поверхностная закалка прокатных вал-
ков. Металлургиздат, 1953.
Нинбург А. К. Использование газов — заменителей ацетилена при
газопламенной обработке металлов. ВНИИАВТОГЕН. Справочные материалы.
Вып. 11. Машгиз, 1958.
Номенклатурный список деталей оборудования, подлежащих пламенной
поверхностной закалке. Сборник Оргчермета. Металлургиздат, 1952.
Рыкалин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. Машгиз, 1951.
Рыкал ин Н. Н. и Шоршоро в М. X. Торцовый нагрев стержней
неподвижным пламенем многорядных горелок. «Автогенное дело», 1952, №6.
Спешков В. В. Пламенная поверхностная закалка. Сб. УЗТМ «Техно-
логия машиностроения». Машгиз, 1952.
Спешков В. В. Определение режимов пламенной поверхностной за-
калки. Сб. «Сварочное производство». Вып. 6. Машгиз, 1958.
Шашков А. Н. Основы регулирования состава газосварочного пла-
мени. «Автогенное дело», 1946, № 7.
Шашков А. Н. Простые приемы пламенной поверхностной закалки..
«Автогенное дело», 1948, № 10.
РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ, НАНЕСЕНИЕ ПЛАСТМАСС
СПОСОБОМ НАПЫЛЕНИЯ, СВАРКА ПЛАСТМАСС
Термином металлизация обозначают процесс нанесения слоя
металла на поверхность какой-либо детали или изделия. Спосо-
бов нанесения металлических покрытий существует достаточно-
много и они значительно отличаются один от другого. На рис. 182
приведена схема различных способов металлизации.
Металлизация
Совместной прокат-
кой двух металлов
(плакирование)
Распылением |
[Погружением в расплав- .
I ленный металл
[горячее цинкование.
лужение и т.п)
Конденсация попов
металлов
[вакуумная)
гобоя ] |
Газовая
|/?6/coko</cF]
I тотная |
Рис. 182. Схема различных способов металлизации
*
Металлизация распылением (или как еще иногда называют
этот способ — напыление металлов) основана на том, что рас-
плавленный металл под воздействием сжатого воздуха распы-
ляется на мелкие частицы, которые попадают на покрываемую
поверхность и образуют слой.
Подобно металлизации производится также нанесение покры-
тий пластмассами.
Оба эти способа, как' и сварка пластмасс, несомненно, имеют
большое будущее. Так, например, применение металлизации
444
распылением в промышленности и сельском хозяйстве дает боль-
шую экономию металла, рабочей силы и денежных средств. При-
менение антикоррозийных металлизационных и газопламенных
пластмассовых покрытий и изделий из пластмасс значительно
увеличивает срок службы изделий и конструкций, позволяет зна-
чительно сократить расход цветных металлов и специальных
легированных сталей. Однако эти способы пока не получили
широкого применения, так как работники предприятий еще не-
достаточно знакомы с этими сравнительно новыми способами
газопламенной обработки материалов, конструкциями применя-
емой аппаратуры и оборудования, а также с эксплуатационными
особенностями этих покрытий.
В настоящем разделе излагаются основы технологии процес-
сов, описываются конструкции аппаратов, указываются области
применения газопламенных металлизационных и пластмассовых
покрытий, сварных пластмассовых изделий, а также даются
краткие сведения об организации постов для газопламенного
напыления, сварки пластмасс и краткие сведения по технике
безопасности.
Глава XXVII
СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
1. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ СЛОЯ
Способ металлизации распылением заключается в том, что
частицы расплавленного металла струей сжатого воздуха на-
брызгиваются на поверхность покрываемого изделия. В зависи-
мости от вида применяемого материала механизм процесса обра-
зования слоя может несколько видоизменяться. Однако это
изменение относится только к первой стадии — образованию
расплавленной частицы.
Наносимый металл может находиться либо в жидком, либо
в твердом состоянии — в виде проволоки, прутка или порошка.
Наибольшее распространение получила металлизация рас-
пылением проволоки и прутков. При этом способе плавление ме-
талла происходит за счет тепла электрической дуги, образую-
щейся между двумя или тремя проволоками, служащими для
напыления. Нагрев проволоки может осуществляться также пла-
менем, получаемым при сгорании смеси горючего газа с кисло-
родом.
В газовых металлизационных аппаратах проволока подается
по оси факела пламени, которое концентрически окружено по-
током сжатого воздуха (рис. 183). В наиболее горячей части
445
факела, так называемой зоне плавления, проволока расплавляет-
ся, воздушная струя подхватывает и распыляет капли расплав-
ленного металла.
В электрометаллизационных аппаратах между концами про-
волок возникает электрическая дуга — очаг плавления металла.
Направленная на этот очаг струя сжатого воздуха сдувает кап-
ли расплавленного металла и распыляет их на мельчайшие час-
тицы (рис. 184).
Нагрев металла может осуществляться также токами высо-
кой частоты при продвижении проволоки внутри высокочастот-
ного контура, представляющего собой змеевик из медной труб-
ки, внутри которой течет охлаждающая вода (рис. 185) и к ко-
торой подведен ток высокой частоты.
Капля расплавленного металла под действием потока сжа-
того воздуха дробится на мельчайшие частицы, подобно тому
как это происходит в обычном пульверизаторе, когда воздушная
струя превращает в мельчайшие капельки воду и другие жид-
кости. Эти мельчайшие частицы летят со скоростью, достигаю-
щей 200 м/сек. Скорость воздушного потока на выходе из сопла
аппарата составляет 300—400 м/сек. Летящие частицы находят-
ся в расплавленном, жидком или пластичном состоянии в форме
шариков. Это можно установить, если производить напыление в
какую-либо жидкость, например в воду. При этом отдельные
частицы охлаждаются и затвердевают, не изменяя своей формы.
Под микроскопом можно видеть отдельные частицы, имеющие
форму шариков. Диаметр этих шариков колеблется в довольно
широких пределах — от 0,5 до 30 мк и больше; в среднем основ-
ная масса частиц имеет диаметр 5—20 мк. При ударе о напы-
ляемую поверхность частица расплющивается так, что само по-
крытие образуется из пластинок, подобных рыбьей чешуе.
Поперечные размеры этих чешуек составляют от 10 до 150 мк
при толщине 2 мк. Отдельные частицы прочно сцепляются с на-
пыляемым изделием и между собой, образуя слоистое покры-
тие.
До недавнего времени возникновение сцепления объясня-
лось наличием чисто механических сил — поверхностного натяже-
ния,— существующих на поверхности раздела: твердое тело —
твердое тело, твердое тело — жидкость, твердое тело — газ, жид-
кость— газ. В частности, сферическая форма летящих металли-
зационных частиц обусловлена этими поверхностными си-
лами.
Предполагалось, что в момент удара о поверхность частица
почти мгновенно охлаждается струей сжатого воздуха и тепло
не успевает передаться от частицы к поверхности покрываемого
изделия. Поэтому считалось, что сварка расплавленной частицы
с поверхностью невозможна. Однако исследования последних
446
Рис. 183. Принципиальная схема газовой металлиза-
ции
Рис. 184. Принципиальная схема электродуговой метал-
лизации
Рис. 185. Принципиальная схема высокочастотной метал-
лизации
лет показывают, что это не всегда верно и что в определенных
условиях возможна приварка частиц распыляемого металла к
покрываемому.
При нанесении покрытий из металлов с очень высокой тем-
пературой плавления — выше 2000°, — например молибдена, час-
тица наносимого металла подплавляет поверхностный слой по-
крываемого изделия и прочно сваривается с ним. Это подтверж-
дено данными металлографического исследования. Таким обра-
зом, было установлено, что сцепление металлизационного слоя
с основой может происходить не только за счет поверхностных
Рис. 186. Строение ме-
таллизационной частицы
(в разрезе)
сил, но и за счет приварки наноси-
мого металла к основному. По-ви-
димому, на характер сил сцепления
оказывают влияние многие факто-
ры, в частности температура плав-
ления, степень окисления, характер
окисной пленки и др.
Для того, чтобы летящая части-
ца могла привариться к поверхности,
необходимо расплавить металл в
поверхностном слое. Это значит, что
ра
о покрываемый
температура частицы в момент уда-
металл должна быть выше температуры
плавления последнего.
Расплавленная металлизационная частица в процессе напы-
ления подвергается воздействию кислорода воздуха. При газо-
вой металлизации на частицу оказывают некоторое воздействие
также газообразные продукты сгорания горючей смеси. В ре-
зультате воздействия кислорода на поверхности частицы обра-
зуется пленка окислов, оказывающая существенное влияние на
свойства покрытия (рис. 186). Температура плавления окислов
в большинстве случаев выше температуры плавления металлов
(табл. 77). Но даже и в тех случаях, когда температуры плав-
ления металла и его окисла близки, как у меди и железа (не-
легированной стали), окисная пленка, имеющаяся на поверх-
ности частиц, препятствует сварке их между собой и с покрыва-
емой поверхностью.
В отличие от ряда металлов, в том числе стали, окислы мо-
либдена начинают возгоняться при температуре 700—800°, а
сам молибден плавится при 2625°. Поэтому поверхность рас-
плавленной частицы молибдена окружена газовой оболочкой из
окислов, которые препятствуют доступу кислорода воздуха к по-
верхности частицы и тем самым предохраняют ее от дальнейшего
окисления. При ударе о поверхность покрываемого металла, на-
пример стали, такая частица может подплавить поверхностный
слой и привариться к нему. Поэтому молибденовые покрытия
можно наносить на металл без пескоструйной подготовки по-
верхности.
448
го
X
го
Некоторые физические свойства металлов и их окислов
а
й
29-956
449
Выгорание отдельных элементов при нанесении
Наименование элементов Электрометал
Сталь 15—20 Сталь 45 Ст. У8, У10
Содержание, 5/. Угар, °/о Содержание, * % Угар, °/о Содержание, Чо Угар, • °/о
в про- волоке в по- крытии в про- волоке в по- крытии в про- волоке в по- крытии
Углерод . . 0,10— 0,25 0,06— 0,13 37—50 0,40 — 0,50 0,14— 0,12 66 -72 0,75— 1,09 0,33— 0,50 54-56
Марганец . . 0,35— 0,65 0,21— 0,28 41—57 0,50— 0,80 0,23— 0,38 54—56 0,3— 0,4 0,23— 0,45 44-50
Кремний . . 0,17— 0,37 0,17— 0,10 56—80 0,17- 0,37 0,07— 0,13 60-67 0,3 0,16- 0,17 54-58
Хром . . . — — — — — — —- •'—
2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОКРЫТИЯ
В процессе металлизации распыляемый материал подвер-
гается воздействию высокой температуры, электрической дуги,
высокотемпературного газового потока, потока воздуха. При
этом состав напыляемого металла может изменяться за счет
выгорания отдельных составляющих элементов и окисления ме-
талла на поверхности частиц.
Степень изменения химического состава металла зависит от
типа аппаратуры (электрическая, газовая) и режима нанесения
покрытий. В табл. 78 приведены химические составы металла
проволоки и металла покрытия для нескольких марок стали, ко-
торые показывают, что при металлизации происходит выгорание
и уменьшение содержания основных элементов. Наибольшее
выгорание наблюдается при электрометаллизации, причем осо-
бенно сильно — на переменном токе. Это объясняется, по-види-
мому, тем, что при переменном токе происходит периодическое
многократное возбуждение и затухание д/ги, в то время как
при работе на постоянном токе дуга горит устойчиво и более рав-
номерно.
Покрытия, полученные при газовой металлизации, содержат
меньшее количество окислов. Химический состав таких покры-
тий в значительной степени зависит от соотношения горючего
газа и кислорода в смеси. Замена одного горючего газа другим
сказывается в меньшей степени на изменении химического со-
става покрытия.
Для получения покрытий, не содержащих окислов, в послед-
нее время проводились опыты по металлизации с заменой сжа-
450
Таблица 78
стальных покрытий металлизацией
лизация Газовая металлизация
Ст. 20Х Ст. 2Х18Н9 Сталь 45
Содержание, °/0 Угар, (’/о Содержание, °/0 Угар, °/о Содержание, °(0 Угар, •/.
в прово- локе в покрытии в про- волоке в по- крытии в про- волоке в по- крытии
0,19 0,50 0,21 0,9 0,13 0,41 0,12 0,72 30-32 16 39 20 0,15— 0,25 17—20 1 2 CS О° | | | 1 o' о °*' 11-33 45-55 0,40— 0,50 0,50— 0,80 0,17— 0,37 0,38— 0,48 0,38— 0,60 0,12— 0,26 4,0 23 30
того воздуха азотом и инертным газом — аргоном. Сам процесс
ведется также в атмосфере этого газа в специально оборудо-
ванных герметичных камерах. Хотя применение нейтральной
среды при металлизации и вызывает некоторые технические
трудности, этот процесс имеет перспективное значение. Однако
он осуществлен пока в лабораторных условиях и требует даль-
нейшей исследовательской разработки.
3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЯ
Поскольку металлизационное покрытие состоит из отдельных
частиц, каждая из которых окружена окисной пленкой, образо-
вавшейся в процессе металлизации, свойства металла покрытия
сильно отличаются от свойств исходного металла. Очень резко
изменяются такие основные свойства, как предел прочности при
растяжении, сжатии и кручении, твердость и модуль упругости.
Структура металла в покрытии из-за наличия в слое окислов
и пористости неоднородна, металл покрытия хрупок и менее
плотен, чем исходный. Покрытие становится малоэластичным,
плохо сопротивляется удару, разрыву, кручению и изгибу. По-
этому металл покрытия нельзя использовать как конструкцион-
ный материал для деталей, подверженных воздействию растяги-
вающих и изгибающих нагрузок.
Однако напыленное покрытие работает вполне удовлетвори-
тельно в паре с основным металлом. Разрушение пленки покры-
тия обычно происходит за пределом упругих деформаций основ-
ного металла (табл. 79).
45Г
Таблица 79
Механические свойства металлизационных покрытий
Марка основного металла Предел пропорцио- нальности стали при растяжении, кгс}мм* Марка материала проволоки для распы- ления Предел прочности на- пыленного металла при растяжении
без основ- ного ме- талла, кгс!ммъ с основным металлом, kzcJmm*
Сталь 30 22—25 22-25 Сталь 15 Сталь 45 11—17 11—18 35-45 32—45
Сталь 50—55 34—37 34—37 Сталь 70 2Х18Н9 14—19 18—25 33-46 35—45
Удовлетворительную совместную работу покрытия с основ-
ным металлом можно объяснить следующим. Покрытие наряду
с низким пределом прочности обладает и малым модулем упру-
гости. Например, модуль упругости напыленного стального по-
крытия при растяжении равен 7000 kzcImm?, т. е. почти в три ра-
за меньше модуля упругости прокатной стали.
Напыленный слой снимает часть общей нагрузки с основного
металла. Поэтому при одной и той же деформации основания и
покрытия напряжение в покрытии будет в Е/Е^ раз меньше, чем
в основном металле (Е — модуль упругости металла основания,
Ei — модуль упругости напыленного слоя).
Следовательно, для напыленного металла с малым модулем
упругости создаются как бы облегченные условия работы.
При расчете металлизированных деталей на прочность сле-
дует учитывать, что напыленный слой примерно на 25—30% уве-
личивает прочность повой детали и настолько же восстанавли-
вает прочность ремонтируемого изделия в месте нанесения по-
крытия.
4. ПРОЧНОСТЬ СЦЕПЛЕНИЦ
При нанесении покрытий прочность их сцепления с основным
материалом имеет первостепенное значение. Она определяет при-
годность металлизации для практических целей и возможные
области ее применения.
Прочность сцепления напыленных частиц меньше, чем у дру-
гих покрытий, однако при надлежащих условиях сцепление час-
тиц оказывается вполне достаточным, чтобы прочно удерживать
напыленный слой на основном металле. Для этого необходимо,
чтобы металлизируемая поверхность была чистой и достаточно
шероховатой. Для предварительной подготовки поверхности
452'
(очистки и придания ей шероховатости) применяется много спо-
собов. В практике металлизации наибольшее распространение
получили пескоструйная обдувка и нарезка «рваной резьбы».
Эти спосрбы технологически очень просты, доступны для приме-
нения к деталям самого разнообразного профиля и размера и
обеспечивают необходимую чистоту и шероховатость поверх-
ности.
Наряду с этим при металлизации применяется ряд других
способов подготовки поверхно-
сти, например обработка ее
шлифовкой, шлифовкой с на-
сечкой зубилом, травлением в
кислотах. Однако из-за недос-
таточной шероховатости по-
верхности, получаемой при вы-
шеуказанных способах подго-
товки, они являются недоста-
точно эффективными. Для при-
дания шероховатой поверхно-
сти деталям с высокой твер-
достью (закаленным, цементи-
рованным или изготовленным
из специальных сталей) их об-
рабатывают электроискровым
и электродуговым способами.
В последнее время за рубе-
жом находит применение спо-
соб нанесения на гладкую по-
верхность деталей молибдена.
Как указаывалось выше, бла-
годаря тому, что молибден
имеет температуру плавления,
намного превышающую темпе-
ратуру плавления стали, а
окислы молибдена при этой
Таблица 80
Прочность сцепления
металлизационного покрытия
при различных способах подготовки
поверхности
Способы подготовки поверхности Прочность сцепления, кгс1см* Предел выносли- вости, кгс1мм*
Нарезка тре- угольной резьбы . 1800 18,8
Нарезка тре- угольной резьбы с прикаткой вершин 1560 17,0
Нарезка круглой резьбы 1670 19,4
Нарезка круглой резьбы с прикаткой вершин . . . . 1440 18,8
Электроискровая обработка . . . 1100 19,4
Накатка (пря- мая, косая и пере- крестная) . . . 1000 30,6
Пескоструйная подготовка . . . 345 27,8
Электродуговая обработка . . . 250 17,0
температуре возгоняются, при
попадании расплавленных частиц на основной металл происхо-
дит расплавление его отдельных участков и сплавление с ними
распыленных частиц молибдена.
Образующаяся при этом тонкая прослойка молибдена при-
дает поверхности шероховатость и обеспечивает прочное сцеп-
ление последующих напыленных слоев с основным металлом.
Эти способы наравне с обработкой поверхности дробью и на-
каткой пока еще мало изучены и не нашли широкого примене-
ния.
Прочность сцепления напыленных покрытий из стали с по-
верхностью, подготовленной разными способами, и влияние спо-
453
соба подготовки на усталостную прочность детали приведены в
табл. 80.
Подготовка поверхности нарезкой резьбы обеспечивает вы-
сокую прочность сцепления покрытия с основанием, но одновре-
менно снижает усталостную прочность детали до 32,5%. Такую
подготовку целесообразно применять при ремонте деталей, име-
ющих большие запасы прочности.
Предварительный нагрев подготовленной поверхности до
150—200° увеличивает прочность сцепления покрытия, что объ-
ясняется большей продолжительностью нахождения частиц в
пластическом состоянии, обусловливающее более плотное и Проч-
ное прилегание их к металлу.
Большое влияние на прочность сцепления частиц оказывают
давление сжатого воздуха и расстояние от места плавления про-
волоки до металлизируемой поверхности. Наилучшая сцепляе-
мость достигается при давлении сжатого воздуха 4,5—6 ати.
При расстоянии 20 мм и давлении сжатого воздуха 6 ати
время нахождения частиц в полете составляет около 0,0001 сек.
Благодаря большой скорости полета частицы сохраняют свою
высокую начальную температуру, что способствует их лучшей
сцепляемости. Однако очень близкое расстояние (20—30 мм) от
очага плавления проволоки вызывает сильный нагрев поверх-
ности, который постепенно возрастает и может привести к ко-
роблению и даже расплавлению основного металла.
С увеличением расстояния кинетическая энергия частиц и от-
дача тепла напыляемому металлу уменьшаются, время нахож-
дения частиц в полете увеличивается и пластические свойства их
ухудшаются, что приводит к снижению прочности сцепления.
При нанесении стальных покрытий расстояние от точки плав-
ления проволоки до металлизируемой поверхности поддержи-
вается в пределах 100—150 мм; при нанесении антикоррозийных
и декоративных покрытий это расстояние должно составлять
50—100 мм.
При работе электродуговыми аппаратами берутся верхние,
а при работе газовыми — нижние предельные#расстояния.
В процессе покрытия металлизируемая поверхность нагре-
вается. При соблюдении установленных режимов металлизации
нагрев поверхности не превышает 50—70°. При этой температуре
основной металл не претерпевает никаких структурных измене-
ний, сохраняя полностью свои механические свойства.
5. ТВЕРДОСТЬ ПОКРЫТИЙ
Неоднородность структуры металлизационных покрытий при-
водит к тому, что твердость покрытия отличается от твердости
основного металла.
454
Твердость металлизированных образцов определяется су-
ществующими методами. Однако при определении твердости по
Бринеллю нагрузка на шарик не должна превышать 750 кг во
избежание выкрашивания покрытия. Обычный метод определе-
ния твердости по Бринеллю, как правило, дает невысокую точ-
ность. При этом получаются усредненные результаты (табл. 81).
Это обусловлено тем, что отпечаток шарика после вдавливания
в образец имеет большой диаметр по сравнению с отдельными
участками покрытия, в которых могут быть поры (рис. 187,
188).
Рис. 187. Участок с порой в покры-
тии — низкое значение твердости
Рис. 188. Участок беспористого по-
крытия — высокая твердость
Более точные данные получаются при определении микро-
твердости покрытия, когда в поверхность вдавливается стальной
конус или алмазная пирамида небольшого размера, что позво-
Таблица 81
Твердость исходного металла и покрытия
Марка стальной проволоки для распыления Среднее значение твердости по Бринеллю. кгс/мм1* (Р=750 кгс\ d=5 мм}
стальной проволоки покрытия
Сталь 15 167 197—220
Сталь 45 207 223—285
Ст. У8—У10 225—242 285—320
2X18Н9 170 270—285
ляет измерять твердость на очень маленьких участках. Такие
измерения показали, что покрытия по твердости получаются не-
однородными.
В основном эта неоднородность вызывается окисными про-
слойками между зернами покрытия, а также неоднородностью
самого металла покрытия.
455
Очень резко отличается твердость на отдельных участках
псевдосплавов — покрытий из двух или нескольких различных
металлов, нанесенных совместно. Подробнее о них будет сказано
в разделе об антифрикционных покрытиях.
Для получения покрытия той или иной твердости подбирает-
ся соответствующая проволока. Например, относительно мягкие
покрытия получаются при распылении малоуглеродистой сталь-
ной проволоки, более твердые — при среднеуглеродистой и очень
твердые — при высокоуглеродистой.
6. ТЕРМООБРАБОТКА ПОКРЫТИЙ
Напыленные покрытия, как правило, никакой термообработ-
ке не подвергаются. Исключение составляют некоторые анти-
фрикционные покрытия и покрытия, наносимые для алитирова-
ния, т. е. насыщения алюминием поверхностного слоя стальных
изделий.
Термическая обработка не увеличивает твердости и износо-
стойкости покрытий, но значительно увеличивает прочность сцеп-
ления. При нагреве стального покрытия до 325° и выдержке при
этой температуре в течение 1 час прочность сцепления повышает-
ся в 1,3 раза, а при нагреве до 900° и той же выдержке — в
3,5 раза. В то же время термическая обработка, увеличивая проч-
ность сцепления, в ряде случаев ведет к снижению твердости
покрытия.
С повышением нагрева покрытия от 600 до 900° при длитель-
ности нагрева 1 час твердость понижается на 12—38%.
7. ПОРИСТОСТЬ
Характерным отличием металлизационного покрытия являет-
ся его пористость, которая делает покрытие проницаемым. Про-
ницаемость покрытия уменьшается с возрастанием толщины на-
пыленного слоя. Например, проницаемость цинкового покрытия
с увеличением толщины от 0,2 до 0,4 мм уменьшается в десять
раз. Металлизационное покрытие обладает в 8—10 раз меньшей
электропроводностью по сравнению с литым металлом. Размер
пор колеблется в очень широких пределах — от 0,015 до 0,9 мм,
а их площадь — от 0,000.2 до 0,64 мм2.
Поры в зависимости от назначения покрытия могут иметь
положительное или отрицательное значение. В покрытиях, при-
меняемых для антикоррозийных целей, пористость вредна, а в
покрытиях, работающих на износ в условиях жидкостного и по-
лужидкостного трения, поры играют положительную роль.
456
На качество металлизационного покрытия влияет источник
. тепла, используемый для плавления металла.
При применении постоянного тока заметно снижается содер-
жание окислов, уменьшается пористость и покрытие получается
более однородным по сравнению с покрытием, нанесенным при
использовании переменного тока.
8. РАБОТА НА ТРЕНИЕ
В условиях сухого трения металлизационные покрытия рабо-
тают плохо, так как они разрушается по окисным прослойкам,
окружающим частицы. Поэтому металлизационные покрытия
для работы в условиях сухого трения не применяются.
Напыленные покрытия, работающие в условиях жидкост-
ного и полужидкостного трения, хорошо сопротивляются из-
носу и коэффициент трения у них значительно ниже, чем у
неметаллизированного металла, работающего в тех же усло-
виях.
Смазочные масла легко распространяются по всей поверхно-
сти металлизационного покрытия, прочно удерживаются на ней
и заполняют поры.
При недостаточном или временном прекращении подачи смаз-
ки заедание металлизированных деталей наступает значительно
позже, чем у неметаллизированных вследствие смазки в порах.
Вес поглощаемого смазочного масла составляет в среднем от 1
до 1,25% от веса напыленного металла или 8—10% от его
объема.
С увеличением толщины слоя покрытия относительная масло-
впитываемость (количество поглощаемого масла на 1 г или
1 см3 нанесенного покрытия) несколько уменьшается вследствие
того, что часть пор в процессе металлизации перекрывается по-
следующими слоями покрытия. В эти закрытые поры масло уже
проникнуть не может.
Глава XXVIII
АППАРАТУРА ДЛЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ
За последние годы наибольшее распространение получила
проволочная металлизация.
Основными узлами проволочных металлизационных аппара-
тов являются устройства для подачи (приводной механизм); для
нагрева и плавления и для распыления проволоки сжатым воз-
духом.
457
Обычно металлизационный аппарат конструктивно выпол-
няется в виде приводного механизма и головки, в которой объ-
единяются устройства для подогрева и распыления.
Проволочные металлизационные аппараты бывают электри-
ческие (дуговые и высокочастотные) и газовые.
1. ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ МЕТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ
Электродуговая металлизация и аппаратура для этого про-
цесса впервые начали применяться в Советском Союзе. Уже на-
чиная с 1936 года в СССР был организован промышленный вы-
Рис. 189. Общий вид электрометаллизационного аппара-
та ЭМ-ЗА:
1 — распылительная головка, 2 — привод, 3 — воздушная турбинка.
4 — рукоятка
пуск электродуговых металлизационных аппаратов ЛК-2, ЛК-У,
ЛК-ба (конструкции Е. М. Линника и Н. В. Катца) и др.
В настоящее время наиболее распространены выпускаемые с
1949 г. электродуговые металлизационные аппараты конструкции
ВНИИАВТОГЕН.
С целью облегчения ручных аппаратов в них используется
пневматический привод. Эти аппараты имеют воздушную турби-
458
нку или воздушный ротор. Роторный привод позволяет еще более
облегчить аппарат и сделать его компактнее. Аппараты станоч-
ного типа имеют привод от электродвигателя.
Аппарат ЭМ-ЗА. В 1954 г. аппарат ЭМ-3 был модернизирован
и с этого времени выпускается под маркой ЭМ-ЗА (рис. 189).
Аппараты ЭМ-3 и ЭМ-ЗА — ручного типа, но могут быть уста-
новлены на станке и использованы для любых станочных
работ.
Металлизационный аппарат ЭМ-ЗА отличается от аппарата
ЭМ-3 в основном лишь устройством распылительной головки, ос-
тальные узлы не претерпели существенных изменений.
При помощи аппарата ЭМ-ЗА можно наносить антикоррозий-
ные и декоративные покрытия; исправлять дефекты черного и
цветного литья — раковины, пористость, трещины; восстанавли-
вать изношенные детали машин; наносить покрытия для повыше-
ния жаростойкости стальных деталей и выполнять ряд других по-
добных работ.
Аппарат может работать на переменном и постоянном токе.
При работе на легкоплавких металлах (цинк, алюминий) для
получения большей производительности следует пользоваться по-
стоянным током. Для повышения производительности аппарат
может быть укомплектован сменной двухзаходной червячной па-
рой центрального узла, которая устанавливается взамен одноза-
ходной пары.
Техническая характеристика аппарата ЭМ-ЗА
Диаметр применяемой проволоки, мм ... . 1-5-2
Максимальная скорость подачи проволоки,
м!мин........................................ 2,5—5
Рабочее давление сжатого воздуха, ати. . . 4,5—6,0
Потребляемая мощность (максимальная), кет . 5—6
Сила тяги механизма подачи проволоки, кг:
при давлении воздуха 6 ати................. 35,0
при давлении воздуха 3,5 ати................ 13,0
Расход сжатого воздуха, м3/мин.................. 1
Привод аппарата..............................Воздушная
турбина
Вес аппарата, кг................................ 2,4
Габаритные размеры, мм:
длина...................................... 190
ширина....................................... 115
высота....................................... 215
Производительность аппарата определяется источником тока
и типом червячной пары (табл. 82).
459
Таблица 82
Производительность аппарата ЭМ-ЗА
Род тока Тип червячной пары Производительность, кг(час
Материал и диаметр проволоки
Цинк Алюминий Сталь
1,5 мм 2 мм 1,5 мм 2 ММ 1,5 мм
Переменный Однозаходная . . 2,8 5,0 1,2 3,5
Двухзаходная 2,8 5,0 1,2 — 4,0
Постоянный Однозаходная . . 3,5 6,5 1,5 2,5 4,0
> Двухзаходная 7,5 13,5 3,0 5,0 5,0
Аппарат ЭМ-9. Аппарат ЭМ-9 (рис. 190) является также ап-
паратом ручного типа, но может быть использован и для ста-
ночных работ.
Техническая характеристика аппарата ЭМ-9
Привод механизма подачи проволоки . . . , воздушный
ротор
Число оборотов ротора, об!мин.................. 96Q0
Пределы регулирования скорости подачи про-
волоки .................................... 1:8
Рабочее давление сжатого воздуха, ати . . . 4,5—6,0
Максимальный расход сжатого воздуха (при
давлении 6 ати), м^/мин................'. . . 1,1
Диаметр применяемой проволоки, мм 1,5—2,0
Скорость подачи проволоки, м/минл
минимальная .... ....... 0,6
максимальная......................... 5
Допускаемый рабочий ток дуги, а................ 180
Напряжение, в......................... 20—35
Потребляемая мощность (максимальная), кет 6—7
При распылении стали диаметром 1,5 мм:
на переменном токе.............|. . . . 4,0
на постоянном токе.......................... 5,0
При распылении цинка диаметром 2 мм:
на переменном токе......................... 6,0
на постоянном токе........................... 8,0
Удлинительная головка УГ-1А к аппарату
ЭМ-ЗА. Распылительные головки аппаратов ЭМ-ЗА и ЭМ-9 поз-
воляют наносить металлические покрытия на наружные и доста-
точно открытые внутренние поверхности.
Для металлизации внутренних поверхностей труб, глубоких
отверстий и других пробных деталей применяется удлинитель-
ная головка УГ-1А, которая является самостоятельным сменным
узлом к аппарату ЭМ-ЗА (рис. 191).
При нанесении покрытия головка вводится внутрь изделия и
460
Рис. 190. Электрометаллизационный аппа-
рат ЭМ-9:
/— распылительная головка, 2 — привод, 3 — ру
коятка
Рис, 191. Электрометаллизационный аппарат ЭМ-ЗА с головкой УГ-1А:
1 — удлинительная головка. 2 — металлизациоиный аппарат
перемещается вдоль его оси. Изделие следует устанавливать на
станке, а аппарат закреплять на суппорте и перемещать посред-
ством самохода.
Техническая характеристика головки УГ-ilA
Полезная длина вылета, мм . . . ........... 500
Минимальный диаметр внутренней поверхности
изделия, мм................................... 75
Диаметр применяемой проволоки, мм . . 1,5—2,0
Требуемое давление сжатого воздуха, ати . . 4,5—6,0
Расход сжатого воздуха, мР/мин ....... 1—1,2
При работе на переменном токе:
напряжение, в.......................... 20—30
ток, а.................................. 25—150
При работе на постоянном токе:
напряжение холостого хода, в............... 50—60
ток короткого замыкания, а.............. 150—300
рабочее напряжение, в ................. 25—40
рабочий ток, а................ 25—150
Производительность аппарата при распылении
проволоки, кг/час:
сталь диаметром 1,5 мм........................ 2,5
цинк диаметром 1,5 мм ..................... 3.5
цинк диаметром 2,0 мм...................... 5,0
латунь диаметром 1,5 мм.................... 2,0
алюминий диаметром 1,5 мм ..... . 1,0
Вес головки длиной 500 мм, кг................. 0,650
Вес аппарата ЭМ-ЗА с удлинительной головкой
УГ-1А, кг.................................... 2,8
Аппарат ЭМ-6. Металлизационные аппараты ручного типа не
приспособлены к тяжелым видам работ, когда требуется нане-
сти большое количество металла на крупногабаритные детали в
короткие сроки.
Для металлизации таких деталей создан электрометаллиза-
ционный аппарат станочного типа ЭМ-6, который рассчитан для
работы стальной проволокой, но в нем можно применять прово-
локу и из других тугоплавких металлов. Легкоплавкие металлы
(олово, свинец) напылять аппаратом ЭМ-6 нельзя.
Техническая характеристика аппарата ЭМ-6
Привод механизма подачи проволо-
ки ...................... . . . .
Регулятор скорости подачи прово-
локи .............................
Пределы изменения рабочих скоро-
стей подачи, м/мин................
Передаточное, отношение редукто-
ров ...............
Диаметр применяемой проволоки,
мм......................... • . -
электродвигатель ДТ-75 мощ-
ностью 75 вт, 2800 об/мин
бесступенчатый фрикционный
редуктор системы ЦНИИТМАШ
от 0,7 до 4,5
1:235
1,5-2,5
462
Рабочий ток, а .......... . .не более 500
Рабочее давление сжатого воздуха, ати . . . 4—5
Расход сжатого воздуха, мР/мин-.
при давлении 4 ати...................... 0,8
при давлении 5 ати...................... 0,9
Максимальная производительность, кг/час . . 15,0
Общий вес аппарата, кг.................... 21,0
Габаритные размеры, мм................ 420x335x300
Основными узлами аппарата ЭМ-6 являются (рис. 192) кор-
пус 1, с помещенным в нем приводным механизмом и электро-
двигателем 2, механизм подачи проволоки 4, распылительная го-
Рис. 192. Электрометаллизационный аппарат ЭМ-6 (общий вид)
ловка 5, панель управления 3. Режимы работы аппаратом ЭМ-6
на переменном и постоянном токе приведены в табл. 83 и 84.
Трехпроволочная металлизационная головка МТГ. Как ука-
зывалось выше, нанесение двухпроволочными аппаратами анти-
фрикционных псевдосплавов заданного состава не всегда воз-
можно, так как соотношение компонентов в этих аппаратах регу-
лируется только изменением диаметров применяемых проволок
(табл. 85).
Кроме того, применение проволок разного диаметра услож-
няет наладку и эксплуатацию аппаратов, а аппаратом ЭМ-9 при
большой разнице в диаметрах проволок работа вообще невоз-
можна, так как в этом аппарате прижимные ролики сидят на
общей оси.
463
Таблица 83
Режимы металлизации аппаратом ЭМ-6 на переменном токе
Наименование металла проволоки Диаметр проволоки, мм Скорость подачи, м/мин Напряже- ние тока, в Ток, а Производи- тельность, кг(час
1,6 1,0 20 100—120 1,8
3,0 24 240—250 5,4
Сталь 4,5 30 420—430 8,1
2,0 1,0 24 120—130 2,9
• 3,0 30 360-370 8,7
4,5 30 500 13,0
1,5 1,0 20 40-50 1,8
2,0 24 100—110 3,6
Медь 3,5 30 240-250 6,3
2,0 1,0 24 140—250 3,4
2,0 30 200—210 6,8
3,5 30 420—430 12,0
1,5 1,0 20 50-60 1,8
2,0 20 110-120 3,6
Латунь 3,5 20 240—250 6,3
2,0 1,0 20 110-120 3,2
2,0 20 240-250 6,4
3,0 24 350—360 9,6
Алюминий 2,0 1,0 20 30-40 0,9
3,0 24 150—160 2,7
4,5 30 300 4,0
1,5 1,0 11 40—45 1,5
3,0 20 105-110 4,5
Цинк 4,5 24 160-170 6,7
2,0 1,0 16 45—50 2,7
3;0 16 125-130 8,0
4,5 24 230-240 12,1
Медь и сталь 1,5 1,0 24 65-75 2,4
2,0 3,0 24 420-430 '7,2
4,5 30 500 10,2
Сталь и латунь 1,6 1,0 30 55-60 1,8
1,5 2,0 24 110-120 3,6
* 3,0 30 180 " 5,4
464
Таблица 84
Режимы металлизации аппаратом ЭМ-6 на постоянном токе
Наименование металла проволоки Диаметр проволоки, мм Скорость подачи, MfMUH Установочные по- ложения на гене- раторе Рабочие режимы Производитель- ность, кг[час
Траверса сдвига щеток Регулятор тока, A Напряже- ние, в — Ток, а
1.5 1,0 I 65 34 55 1,7
3,0 II 125 28 145 5,1
4,5 III 170 30 240 7,6
2 и 1,5 1,0 1 65 28 65 2,3
2,5 II 125 26 150 6,6
Сталь 4,5 III 205 32 300 10,5
2,0 1,0 I 85 30 70 2,9
2,0 II 145 28 160 5,8
4,0 in 205 26 320 11,6
2,5 1,0 II 125 38 120 4,6
2,0 — 185 32 210 9,2
3,0 — 240 32 300 13,8
1,5 1,0 I 85 44 45 1,8
3,0 II 125 38 ПО 5,4
Медь 4,5 III 205 38 185 8,1
2,0 1,0 II 85 40 60 3,4
3,0 II 145 34 155 10,2
4,5 III 205 32 245 15,3
1,5 1,0 I 45 30 40 1,8
3,0 I 95 24 95 5,4
Латунь 4,5 11 145 30 170 8,1
2,0 1,0 I 45 18 60 3,2
II 85 18 130 8,0
II 185 16 270 14,4
1,5 1,0 I 45 24 20 1,5
3,0 I 75 18 40 4,5
4,5 I 65 18 75 6,7
Цинк 2,0 1,0 I 45 24 30 2,7
3,0 I 55 18 65 8,0
4,5 I 105 18 120 12,1
Алюминий 1,5 3,5 4,5 II III I 120 | 120 40 34 95 135 2,1 2,7
Сталь и ла- 1,6 1,5 1,0 3,0 1 II 45 105 30 18 40 150 1,8 5,4
тунь 4.5 II 185 20 240 , 8,1
465
30-956
Продолжение табл. 84 I
’ Наименование металла проволоки Диаметр проволоки, м м Скорость подачи, м)мин Установочные по- ложения на гене- раторе Рабочие режимы Производитель- ность, кг}час
Траверса сдвига щеток Регулятор тока, А Напряже- ние, в Ток, а !
1,6 1,0 I 85 44 - 45 1,8
Сталь и медь 1,5 3,0 11 105 26 120 5,4
2 0,7 I 85 50 45 1,7
Сталь и медь 1,5 1,0 I 125 50 45 2,4
проволока с
применяется
Поскольку при нанесении
В металлизационных аппаратах
максимальным диаметром 2,5 мм.
псевдосплавных покрытий одна из проволок берется меньшего
диаметра, то это снижает производительность аппарата.
Для нанесения покрытий
из псевдосплавов аппарат
ЭМ-6 вместо обычной двух-
проволочной головки снаб-
жается трехпроволочной ме-
таллизационной головкой
МТГ, представляющей со-
бой специальный самостоя-
тельный узел, поставляемый
отдельно и независимо от
аппарата ЭМ-6, либо в ка-
честве
му. С
МТГ
также
ционйые работы.
. В головке МТГ две проволоки подаются так же, как и в двух-
проволочной головке аппарата ЭМ-6, а третья проволока подает-
ся снизу дополнительной парой подающего и прижимного ро-
ликов и проходит через третий узел электрического контакта
распылительной головки. Привод нижнего подающего ролика
осуществляется через дополнительную зубчатую передачу, со-
стоящую из четырех сменных зубчатых колес. Благодаря этому
можно в широких пределах изменять скорость подачи третьей
присадочной проволоки и получать различные композиции псев-
Таблица 85
Содержание стали в псевдосплаве
сталь — алюминий в зависимости
от диаметра применяемых проволок
| 2,0
Содержание стали, °/в
Диаметр алюминиевой
проволоки, мм
Диаметр
стальной
проволоки,
мм
1 70 56,3 42
1,5 86,5 70 62
2 92 84 70
сменного узла к не-
ПО'МОЩЬЮ головки
можно выполнять
обычные металлиза-
досплавов.
Головка МТГ может работать и как обычная двухпроволоч-
ная. Она снабжена двумя сменными соплами: угловым — для
нанесения покрытий на внутренние поверхности тел вращения и
прямым — для металлизации наружных поверхностей.
466
Техническая характеристика трехпроволочной головки МТГ
Наружный диаметр, мм ...................... 70
Полезный вылет (длина), мм ...... . 300
Минимальный диаметр внутренней поверхности
изделия, допускающий металлизацию, мм . . . 90
Применяемый ток:
при трехэлектродной дуге............... . переменный
при двухэлектродной дуге ....... переменный и по-
стоянный
Напряжение тока, в . . . ................ . 20—40
Максимальный ток одной дуги, а............. 200
Потребляемая мощность (максимальная), кет 20
Диаметр применяемой электродной проволоки,
мм...........................................
из твердых металлов (сталь, медь, латунь
и др.)................................. 1,5—2,0
из мягких металлов (свинец, алюминий
и др.)................................. 2,0—2,5
Скорость подачи проволоки, м]мшг.
основного металла ..... .................. 0,7—4,8
присадочного металла .................. 0,2—7,2
Регулирование скорости подачи присадочной
проволоки................ ’. . ..............ступенчатое, по-
средством сменных
зубчатых колес
Давление сжатого воздуха, ати.............. 4,5—6
Расход сжатого воздуха, м?1мин............. 1,1—1,2
Вес головки, кг.................... 10,0
Вес аппарата ЭМ-6 с трехпроволочной голов-
кой, кг................................... 26,0
Габаритные размеры аппарата ЭМ-6 с трехпро-
волочной головкой, мм.................. 650x330x320
Трехпроволочная головка, как и обычная двухпроволочная^
устанавливается на корпусе аппарата ЭМ-6 с помощью фланца!
и двух шпилек, головка может поворачиваться в вертикальной
плоскости под углом 15° к горизонту и закрепляться в заданном
положении.
В отличие от других аппаратов проволока при работе аппара-
та ЭМ-6 с трехпроволочной головкой наматывается на специаль-
ные катушки.
Кронштейн с проволокоподающими катушками и аппарат
ЭМ-6 с трехпроволочной головкой монтируются на специальной
плите (рис. 193), которая устанавливается на суппорте токарно-
го станка.
Перед пуском аппарата в коробке передач устанавливают
комплект зубчатых колес; подбираемый в соответствии с желае-
мым составом псевдосплава. Наиболее изученные и рекомендо-
ванные псевдосплавы приведены в табл. 86, где даны режимы
работы аппарата.
467
Рис. 193. Электрометаллизационный аппарат ЭМ.-6 с трехпроволочной 1
металлизационной головкой: I
/—привод, 2 — катушка для проволоки, 3 — электродвигатель, 4 — трехпрополочная :1
головка МТГ я
2. ГАЗОВЫЕ МЕТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ |
Значение газовой металлизации непрерывно возрастает. Ее 1
используют для покрытия изделий с1 ограниченным полем дейст-, |
вия (например, отсеков различных металлоконструкций внут- |
ренних поверхностей автомобильных цистерн и т. п.), при метал- |
лизации больших поверхностей (например, мостов), а также во 1
всех случаях, когда при отсутствии тока возникает необходи- |
мость выполнения металлизации. ]
До 1948 г. в Советском Союзе выпускались газовые металли- |
зационные аппараты ГМ-1, работавшие на ацетилене высокого I
давления. В 1948 г. ВНИИАВТОГЕН создал конструкцию газо- I
вого инжекторного металлизатора ГИМ-1, позволяющего рабо- I
тать на ацетилене низкого давления. 1
В 1953 г. ВНИИАВТОГЕН создал новый вариант конструк- I
ции газового металлизатора ручного типа ГИМ-2, работающего |
как на ацетилене, так и на газах — заменителях ацетилена (ме- |
тане, пропано-бутане, нефтегазе и др.). I
Газовый инжекторный металлизатор ГИМ-2. Аппарат ГИМ-2 |
(рис. 194) представляет собой ручной прибор, который приме- 1
няется также и для работы на станках. Аппарат ГИМ-2 имеет 1
заключенный в корпус механизм подачи, который непрерывно ‘
подает проволоку в головку аппарата. Попадая в ацетилено-
468
кислородное пламя, проволока расплавляется и под действием
струи сжатого воздуха распыляется на мельчайшие частицы, ко-
торые, ударяясь о подготовленную поверхность, образуют на ней
слой покрытия.
Подсос ацетилена или другого горючего газа и образование
газовой смеси производятся при помощи инжекторного устрой-
Рис. 194. Газовый металлизационный аппа-
рат ГИМ-2:
1 — воздух, 2 — горючий газ, 3 — кислород, 4 —
распылительная головка, 5 — механизм подачи,
6 — воздушная турбина, 7 — рукоятка |
ства, установленного в передней стенке аппарата. Для перехода
на работу с другими горючими газами взамен ацетилена нужно
заменить в аппарате газовое сопло и инжектор.
Техническая характеристика аппарата ГИМ-2
Скорость подачи проволоки (максимальная),
mJ мин......................................... 4,5
Максимальное число оборотов воздушной турби-
ны в минуту............................... . 25 000 •
Пределы регулирования подачи проволоки . . Г. 5
Общий вес (без шлангов), кг . ............... 2,5
Диаметр проволоки, мм .... ... 1,2—2.0
Рабочее давление сжатого воздуха, ати . . 3—5
Рабочее давление, ати:
кислорода ............................... 2—5
ацетилена........................... ... 0,04 и выше
470
пропан-бутана ..................... ...... 0,04—0,3
нефтегаза.................................0,2—0,6
природного газа........................ 0,3—0,5
Расходы:
сжатого воздуха, мё/мин....................... 0,6—0,8
сжатого кислорода, л/час.............> . . 900—1860
сжатого ацетилена, л[час ... ... 300—660
сжатого пропано-бутана, л/час............... 180—360
сжатого нефтегаза, л/час ....... 340—860
сжатого природного газа, л/час .... 380—1040
Режимы работы и производительность аппарата ГИМ-2 при
использовании различных горючих газов приведены в табл. 87.
Рис. 195. Металлизационный газовый инжек-
торный аппарат МГИ-1-57:
/—распылительная головка, 2—механизм подачи,
3—рукоятка
Газовый инжекторный металлизационный аппарат МГИ-1-57.
С 1958 г. организован выпуск аппаратов типа МГИ-1-57
(рис. 195) взамен аппаратов ГИМ-2.
471
472
Таблица 87
Режимы работы и производительность аппарата ГИМ-2
Горючий газ Давление, ати Производительность, кг1час Номер газового сопла и инжектора
воздуха кислорода горючего газа Сталь Бронза Алюминий | Цинк
Диаметр проволоки, мм
1.5 2,0 1,5 1,5 2,0 1,5 2,0
Ацетилен 3-4 3-4 2.5 3,0 0,04 0,3 0,8 1,4 1,2 1,3 2,2 0,7 0,8 0,6 1,0 1,7 3,8 2,0 4,1 I I
Пропан-бутан 3-4 3-4 5 2,5 0,3 0,4 1,1 1,2 1,4 1,7 2.4 2,2 1,0 0,75 1,3 1.4 3,8 3,8 5,0 4,7 I 11
Нефтегаз 3-4 2,5 0,5 1,3 ' 1,7 1,9 0,6 0,9 3,4 4,5 II i
Природный газ (метан) 4,0 2,0 0,5 0,9 1,9 0,6 1,0 3,0 4,0 II
Режимы работы и производительность аппарата МГИ-1-57
Таблица 88
Наименование горючего газа Давление, ати Производительность (по распыленному металлу), кг}час Номер газового сопла и инжектора
воздуха кислорода горючего газа | Сталь Латунь Алюминий Цинк
Диаметр проволоки, мм
1,5 2,0 3,0 1.5 2,0 1,5 2,0 3,0 1,5 2,0
Ацетилен 3,5-4 3,4—4 4 3 7 0,04 0,3 0,6 0,8 1,4 1,3 1,8 2,7* 3,65 0.8 1 0.6 1 5 3,5 2,0 4,6 з,, 5,4 1
Пропано-бутановая смесь 4 2,5 0,4 1,2 1,6 — 3 4,4 1,0 2,0 — 4,5 6,2 II
Метан 4 2,2 0,5 1,0 1,3 — - 3,2 0,9 1,3 4,5 5,4 11
Смешанный газ 4 2 0,5 1,0 1,2 — 2,7 2,3 0,9 1,2 4,5 4,3 II
:---
со * Допускается только при наличии проволоки из мягкой стали.
Техническая и эксплуатационная характеристика аппарата
МГИ-1-57
Вес аппарата (без шлангов), кг................. до 2,0
Диаметр применяемой проволоки, мм.............. 1,5—3,0
Тяговое усилие (при Рвозд= 4 ати), кг ......... -15
Предел регулирования скорости подачи проволо-
ки, м/мин........................................ 0,7—6,0
Рабочее давление, ати:
сжатого воздуха.......................... ..... 3,5—4,0
кислорода.................................. 2,7
Рабочее давление горючего газа, ати:
ацетилена ....... ............ 0,04—0,6
пропано-бутана.......................... 0,1—0,5
метана................................. . 0,1—0,5
смешанного газа......................... 0,2—0,5
Расход сжатого воздуха, м^мин............... . 0,7
Расход кислорода, л!час .... .... 625—2100
Расход горючего газа, л/час:
ацетилена ........ ............................ 240—840
пропано-бутана . •...................... 150—435
метана................................ 510—950
смешанного газа............................ 450—1000
Режимы работы и производительность аппарата МГИ-1-57;
при использовании различных горючих газов приведены в;
табл. 8.8.
Рис. 196. Аппарат ГИМ-2 с удлинительной головкой УГ-2:
/ — удлинительная головка. 2 — аппарат ГИМ-2
Удлинительная головка УГ-2 к аппарату ГИМ-2. Эта головка
(рис. 196) является сменным узлом аппарата ГИМ-2. Она уста-
навливается на аппарат вместо нормальной головки и предна-
значена, как и удлинительная головка УГ-1А, для металлизации
внутренних поверхностей труб, втулок, .глубоких отверстий и
других труднодоступных мест.
Данные о производительности аппарата ГИМ-2 с удлинитель-
ной головкой УГ-2 при использовании различных горючих газов
приведены в табл. 89.
474
Техническая характеристика головки УГ-2
Полезная длина вылета, мм.................. . . 300 и 1000
Минимальный диаметр внутренней поверхности из-
:лия, позволяющий производить металлизацию, мм 50
Диаметр применяемой проволоки, мм . ... . 1.5—2,0
Рабочее давление сжатого воздуха, ати .... 4—5
Расход сжатого воздуха, м5/мин..................0,65—0.75
Рабочее давление горючего газа, ати:
ацетилена.................................. 0,2—0,4
пропано-бутана ............................ 0,1—0,5
нефтегаза..................................0,4—0,6
природного газа (метана) ................. 0,4—0,75
Расход горючего газа, л) час:
ацетилена.................................. 300—500
пропано-бутана ............................ 220—450
нефтегаза................................... 530—760
природного газа (метана)................... 760—1150
Вес удлинительной головки, кг:
длиной 300 лои.................................’ 0,43
длиной 1000 мм............................. 1,0
Вес аппарата ГИМ-2 с головкой длиной 300 мм . 3,0
3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ МЕТАЛЛИЗАЦИОННЫХ АППАРАТОВ,
НЕПОЛАДКИ И ИХ УСТРАНЕНИЕ
Металлизационные аппараты представляют собой достаточ-
но сложные приборы, с высокой точностью изготовления, имеют
быстроходные и быстроизнашиваемые узлы и детали. Поэтому
работа на них должна проводится в точном соответствии с инст-
рукциями, прилагаемыми к аппаратам.
Если аппарат находился в условиях складского хранения, то
перед пуском его в работу необходимо очистить наружные ча-
сти от консервационной смазки, пыли и других загрязнений, про-
верить целость всех частей и комплектность.
Подготовку аппарата к пуску начинают с проверки смазки
узлов аппаратов. Затем аппарат подключают к коммуникациям.
При этом необходимо следить за герметичностью всех соедине-
ний газовых коммуникаций.
Электропровода, подводящие ток к металлизационным аппа-
ратам, должны быть припаяны к наконечникам, прочно привин-
ченным к соответствующим клеммам.
После подключения аппарата проверяют работу привода с
механизмом подачи проволоки и инжекцию в газовых аппара-
тах, не подавая напряжения на проволоки в электрических и не
зажигая горючего газа в газовых аппаратах. Убедившись в ис-
правности аппарата, подготовив проволоку и уложив ее на вер-
тушку (или намотав на катушки), можно приступить к работе,
которая ведется в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
Уход за металлизационными аппаратами заключается в еже-
475
Таблица 89
Режимы работы и производительность аппарата ГИМ-2 с удлинительной головкой УГ-2
Длина головки, мм Горючий газ Давление, ати Производительность (кг/час) при применении проволоки различного материала и диаметра, мм
сжатого воздуха кислорода горючего газа Сталь Алюминий Цинк
1,5 2,0 1,5 2,0 1.5 2,0
300 Ацетилен 4 5 3,0 0,4 0,97 1,15 0,72 1.1 2 8 3,1 3,4
Пропано-бутановая смесь 4—5 5,0 0,35 0,89 1,3 0,7 1,1 3^0
4—5 3,0 0,5 0, 8 1,0 0,85 0,89 3,4 4,0
Нефтяной газ 4-5 3,0 . 0,6 0,97 1,3 0,7 0,96 3 4 3,8 3,4
Природный газ (метан) 4—5 2,5 0,75 0,81 0,76 0,7 2,7
1000 Ацетилен 4-5 3,0 0,4 0,86 0,95 0,7 1 0 2 4 2 56
Пропано-бутановая смесь 4 5 5.0 0.35 0,70 0,95 0,66 0,75 2.3 2,4 '
4-5 3,0 0,5 0,89 0,95 0,75 0,9 3,4 3,8
Нефтяной газ 4-5 3,0 0,6 0,7 0.8 . 0,72 0,83 / 3 0 3,2 2,5
Природный газ (метан) 4-5 2,5 0,75 0,73 0,7 0,8 2,4
Таблица 90
Основные неполадки в работе электрических металлизационных аппаратов и способы их устранения
Неполадки | Причина Способ устранения
Замыкание концов проволоки при пуске аппарата Неудовлетворительная кучность распыляемой струи Неправильная форма факела дуги Разброс частиц в стороны Недостаточный ток короткого замыка- ния Большой диаметр проволоки для дан- ного режима Велико напряжение Отрегулировать генератор на макси- мальный ток Применить проволоку меньшего диа- метра Снизить рабочее напряжение
Крупный распыл Большая скорость подачи проволоки Недостаточное давление сжатого воз- духа Большой диаметр проволоки Снизить скорость подачи проволоки Увеличить давление сжатого воздуха Применить проволоку меньшего диа- метра
Неустойчивое горение дуги Нарушение равномерности подачи про- волоки вследствие износа подающих ро- ликов или различные усилия их нажа- тия Износ направляющих пластин Произвести смену роликов или регули- ровку силы нажатия Заменить изношенные направляющие пластины
Сплавление проволоки с пластинка- ми Работа при чрезмерно высоких значе- ниях токах Применить проволоку, очищенную от окислов, окалины и других загрязнений Снизить ток
Образование вокруг дуги тумано- образной зоны. Увеличение разброса частиц Излишняя мощность электрической ду- ги Увеличить дополнительное сопротивле- ние балластного реостата для снижения рабочего напряжения
Короткое замыкание дуги Низкий ток короткого замыкания Низкое давление сжатого воздуха Работа на предельной мощности гене- ратора Отрегулировать генератор на макси- мальный ток Повысить давление воздуха Снизить скорость подачи проволоки
дневной продувке их ежа
тым воздухом, протирю
чистой ветошью, осмотр-
и устранении мелких не-
поладок (например, про-
пуска воздуха , в кране'
заедания • верхних роли;
ков, износа направляю-
щих пластин и т. п.).
Через каждые 50—
60 час работы ручные ап-
параты подвергают тща-
тельной промывке, чистке;
и смазке с разборкой ос-;
новных узлов механизма
подачи. Для промывки
деталей применяется бен-
зин.
аппарате ЭМ-6
кой разборке подвергает-
В
ся также и распылитель-)
ная головка. ;
Разборку узлов при-
вода следует производить;
только при его ремонте.'
Ремонт привода разре-'
шается
проводить слеса
рю-ремонтнику не ниже)
5-го разряда. При раз-;;
борке привода аппаратов!
ЭМ.-ЗА и ГИМ-2 во избе-'
жание нарушения завод-
ской балансировки раз-;
борка ротора и регулято-
ра не производится. ’
В процессе периоди-;
ческих осмотров аппара-;
та проверяется состояние;
отдельных, подверженных ;
быстрому износу деталей
и при необходимости про-
изводится их замена. К ,
числу таких быстроизна-[
шивающихся деталей от- (
носятся: направляющие ;
пластины, пластинчатые
вставки и проволочные
сопла распылительной го-
478
ловки и текстолитовые червяч-
ные колеса.
При сборке узлов и дета-
лей газовой части аппаратов
ГИМ-2, МГИ-1-57 и удлини-
тельной головки УГ-2 для уп-
лотнения притертых поверхно-
стей, а также резьбы газового
и проволочного сопел можно
пользоваться только ланоли-
ном.
Применять вместо ланоли-
на другие смазывающие мате-
риалы запрещается.
В процессе эксплуатации
металлизационных аппаратов
могут возникать неполадки
Основные неполадки и спосо-
бы их устранения приведены
в табл. 90 и 91.
4. ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
Высокочастотные металли-
заторы относятся к аппаратам
проволочного типа. Плавление
проволоки в них происходит
благодаря нагреву индуктиро-
ванными токами высокой час-
тоты.
Для работы высокочастот-
ных металлизаторов удобнее
всего использовать проволоку
диаметром 5—6 мм. Плавле-
ние проволоки такого диамет-
ра лучше всего идет при час-
тоте тока от 70 до 500 кгц. На
этих частотах работают лам-
повые генераторы, применяе-
мые для высокочастотной за-
калки.
Высокочастотные металли-
зационные аппараты изготов-
ляются как аппараты станоч-
ного типа с подачей проволоки
приводом, работающим от
пЗ
ST
S
ю
479
электродвигателя. Механизм подачи проволоки выполняется в
виде редуктора с комплектом сменных шестерен или коробкой
скоростей, позволяющими изменять скорость подачи проволоки
в широких пределах.
Например, в аппарате МВЧ-3 за счет смены набора из 18 ще-
стерен скорость подачи проволоки может ступенчато регулиро-
ваться от 0,435 до 1,1 м!мин через каждые 0,12 м1мин.
Покрытия, получаемые при высокочастотной металлизации,
более однородны, у них меньше выгорает металла и легирующих
добавок по сравнению с электродуговой и газовой металлиза-
цией.
Высокочастотные металлизаторы МВЧ-1, МВЧ-2 и МВЧ-3
выпускались и выпускаются в опытном порядке небольшими
партиями. Широкого распространения эти аппараты, по-видимо-
му, в ближайшее время не найдут, потому что для их работы
требуется специальный высокочастотный генератор, который
имеется не на всех предприятиях.
В табл. 92 приведены сравнительные данные о работе высо-
кочастотных, электродуговых и газовых металлизационных ап-
паратов, из которых видно, что по производительности высоко-
частотные металлизаторы уступают аппарату ЭМ-6. Кроме того,
удельный расход энергий, т. е. расход электроэнергии на 1 кг
расплавленного металла, у электродуговых аппаратов меньше,
чем у высокочастотных.
Глава XXIX
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛИЗАЦИИ
РАСПЫЛЕНИЕМ
1. ПРОВОЛОКА ДЛЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ
Нормальная и бесперебойная работа металлизационного ап-
парата в значительной степени зависит от качества применяе-
мой проволоки. Для металлизации используют обычные сорта
проволоки или специально изготовляемые для этой цели. Данные
о проволоках, употребляемых для металлизации^, приведены
в табл. 93.
Поверхность проволоки должна быть чистой, без вмятин и
больших неровностей. Масло с проволоки удаляется промывкой
в бензине, а ржавчина, окалина и другие загрязнения—песко-
струйной обдувкой.
Обычно проволока поступает на склад в бухтах и в бухтах
же укладывается на вертушки при металлизации. Перематыва-
ние проволоки с бухты на катушки не рекомендуется, так как
это приводит к образованию перегибов проволоки, что намного
480
Таблица 93 1 ** Металл гост Марка на металл
для металлизации гост
Проволоки, применяемые 1 Диаметр проволоки, мм 1,2 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,5
Нержавеющая кислотостойкая не- + + + + + 5548—50 Сталь ОХ18Н9, 1Х18Н9, 5582—50
шлифованная 2Х18Н9, 1Х18Н9Т,
Х23Н13, Х18Н11Б
31-956
481
Продолжение табл. 93 1 Металл ГОСТ на металл CN О СО СО N ’С N U0 иЭ иО М- Ю чф 1 II 1 1 1 1 1 rf со со о о со о о со >—• О о ь- 1—' г-н о о м- сс> Tt ТГ <—< 1-1 СО
Марка Алюминий Al, А2 АД, АД1, АМц, АМг Медь Ml Медь Ml Медноцинковый сплав Л68, Л62, ЛС59-1 Медноцинковый сплав Л62 Бронза Бр. КМц 3—1 Цинк Ц2 Молибден
гост 2 s ю < I со СО ОООО О О ю '.о гг io ю и, 82 1 II 1111 —' СО —1 ОО Ю CN 555^ О СЧ — 1Л 1Л и ,Аг>, b-CNf- О СП
I Диаметр проволоки, мм I ю см + +
сч СЧ + + +
2,0 + + + ++' + + +
00 + + 4-
+ + + +
ю + + + + 4- + +
сч 4-4- + 4-
Наименование проволоки Алюминиевая для электрических проводов, кабелей и электротехниче- ских изделий. Неотожженная марка АТ Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов Медная для электротехнических це- лей марки ММ (мягкая и отожжен- ная) Медная для шестовых линий связи Латунная, круглая, полутвердая (ПТ), твердая (Т) Латунная для обувной промышлен- ности Проволока из кремнемарганцовис- той бронзы для пружин Цинковая для цинкования распыле- нием Молибденовая
Примечания. 1, Знаком плюс отмечен диаметр, имеющийся в сортаменте,
2. При оформлении заказов на проволоку указывается наименование проволоки; диаметр проволоки; ГОСТ на проволоку; материал,
кз которого изготовляется проволока, и ГОСТ на металл проволоки. Например, проволока стальная 1,5—15Г, ГОСТ 1798—49, сталь 15 по
ГОСТ 1050—57.
482
усложняет и ухудшает работу металлизационного аппарата.,
Применение катушек имеет место в особых случаях, вызываемых
условиями производства (например, металлизация внутри емко-
стей, в труднодоступных местах и т. п.) Катушки используются
также при работе на трехпроволочной головке для большего
удобства. В этом случае катушки укрепляют непосредственно на
аппарате, а вертушки с проволокой устанавливают у рабочего
места.
Стальная высокоуглеродистая проволока диаметром более
1,3 мм при работе ручными аппаратами ЭМ-3 и ЭМ-ЗА и диа-
метром более 2 мм при работе на станочном аппарате ЭМ-6
должна перед употреблением подвергаться отжигу.
Режимы отжига определяются маркой стали проволоки и
приведены в табл. 94. После отжига проволока становится менее
жесткой, благодаря чему облегчается ее использование в метал-
лизационных аппаратах. Отжиг проволоки рекомендуется про-
изводить в электрической печи, в пакетах, без доступа воздуха.
Допускается также использование для этой цели газопламенных
печей.
Таблица 94
Режимы отжига стальной высокоуглеродистой проволоки при скорости нагрева
1000° в час
Марка проволоки Максимальная температура нагрева, град Время выдержки при максимальной температуре, мин Температура, до которой охлаждается проволока в печи, град Время выдержки в открытой печи, мин
Сталь 45 Сталь 50 820 20—30 600 —
Сталь 70, У7, У7А, У8, У8А 760 20—30 650 30 .
У10, У10А 780 20—30 650 30
Образовавшаяся после отжига окалина удаляется с прово-
локи пескоструйной обработкой. Пропускать проволоку через
специальные приспособления в виде окалиносъемника нецелесо-
образно, так как это приводит к образованию частых перегибов
и нагартовке, что затрудняет в последующем работу металлизат
ционного аппарата.
При работе на трехпроволочной головке свинцовую и алюми-
ниевую проволоки, кроме очистки, необходимо смазать для
уменьшения трения и лучшего скольжения по контактирующей;
поверхности. Для смазки применяется графито-масляная смесь-
(на 1 весовую часть графита берется 1,5 весовой части машин-
ного масла).
Биметаллическая проволока из алюминия и свинца состава;
48.1. .
50% алюминия и 50% свинца приготовляется из алюминиевой
ленты сечением 0,45x5,0 мм и свинцовой проволоки диаметром
1,0 мм, которая завальцовывается в ленту. Биметаллическую
проволоку можно также приготовить следующим способом.
На кузнечном горне плавится свинец и заливается" в специ-
ально изготовленную форму, где при его охлаждении получают-
ся прутки диаметром 8 и длиной 800 мм. Из прутков прокаткой
на вальцах получают проволоку диаметром до 3 мм. Волочени-
ем через фильеры проволока доводится до диаметра 1 мм. Для
этой цели изготовляется фильерная доска с отверстиями диа-
метром 1-4-3 мм.
Алюминиевые полосы шириной 5,5 мм, необходимые для би-
металлической проволоки, отрезают от рулонной алюминиевой
ленты толщиной 0,5 мм и одновременно наматывают их на ка-
тушки. Ленту сечением 5,5 X 0,5 мм можно также изготовить из
алюминиевой проволоки диаметром 2,5 мм прокаткой на валь-
цах. Завальцовывание свинцовой проволоки в алюминиевую
ленту производится протягиванием ее через фильеры с отвер-
стиями диаметром 1,5—2 мм.
Перед завальцовкой конец свинцовой проволоки заправляет-
ся в алюминиевую ленту плоскогубцами. Таким образом, сердце-
вину биметаллической проволоки составляет более легкоплавкий
свинец, а наружную оболочку — алюминий.
2. ОБЩИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО МЕТАЛЛИЗАЦИИ
Процесс металлизации распылением слагается из трех основ-
ных операций: подготовки поверхности, нанесения покрытия и
его обработки после металлизации. В табл. 95 приведена марш-
рутная технология процесса металлизации.
3. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ К МЕТАЛЛИЗАЦИИ
Поверхность изделия обычно загрязнена в той или иной ме-
ре маслом, окислами, коррозией, влагой, пылью и т. д. Эти за-
грязнения препятствуют прочному сцеплению напыляемого ме-
талла с основанием. Поэтому необходимо тщательно очистить
поверхность изделия и сохранить ее в таком виде до металлиза-
ции. Кроме чистоты, для обеспечения достаточной прочности
сцепления металлизируемой поверхности необходимо придать ей
шероховатость.
Очистка поверхности от загрязнений производится промыв-
кой в бензине, в растворителях, пескоструйной обдувкой, про-
точкой на станках, обжигом в печах или газовой горелкой.
Промывкой в бензине или других растворителях удаляют не-
484
Таблица 95
Маршрутная технология процесса металлизации
Назначение покрытий
Наименование операций Восстановле- ние изношен- ной поверх- ности Антифрикци- онные Антикорро- зийные Декоративные Алитирование Исправление дефектов литья
Подготовка Выжиг пор м влаги, ничей равни изнои м Нарез ной р Эле подго Очист ание из асла и Меха- сое вы- вапие денных SCT Пес ка рва- езьбы. <тро- товка ка от rj и жир соструй язи, влаги та тая или дро беструйная Выжигание из пор мас- ла и влаги. Разделка дефектов эбработка
Металлиза- ция Отделочные работы 1 ’ Обточка и расточка Шлифовка ianeceii те металлиз< Крацовка Пропитка лаком, окраска 1ЦИОННЫХ по Покрытие защитным флюсом Обжиг слоя крытий Абразивная обработка (снятие лишнего м еталла)
большие загрязнения с наружных поверхностей. Детали, бывшие
в эксплуатации (особенно литые и чугунные) и пропитанные
маслом, очищают нагревом в печах, при помощи газовых горе-
лок или паяльных ламп до 250—300°. Обжиг поверхности должен
продолжаться до полного выгорания масла из пор, признаком
чего является прекращение выделения пара и дыма.
Если масло и воду из пор полностью не удалить, то в процес-
се металлизации они могут подняться на поверхность и вызвать
отслоение металлизационного покрытия.
Существует несколько способов подготовки поверхности: пес-
коструйная, механическая при помощи режущих инструментов,
дробеструйная и электроподготовка. Наиболее распространен-
ными способами подготовки являются пескоструйная и механи-
ческая подготовки. Дробеструйная и электроподготовка приме-
няются реже.
Пескоструйная подготовка. Качество пескоструйной подготов-.
ки поверхности зависит от применяемого песка и режима рабо-
ты. Критерием для оценки качества подготовки поверхности слу-
жит степень ее шероховатости. С увеличением шероховатости
485
прочность сцепления покрытия с основным металлом увеличи-
вается.
Лучшим материалом для пескоструйной подготовки является
горный кварцевый песок. Однако кварцевая пыль вредна для ор-
ганизма. Поэтому применение кварцевого песка для сухой пес-
коструйной очистки в настоящее время запрещено.
В последнее время вместо кварцевого с успехом применяется
металлический песок. Металлический песок более прочен и менее
хрупок, чем кварцевый, длительность работы его больше и он не
дает вредной пыли.
Удельный вес металлического песка почти в два раза больше
кварцевого, что облегчает улавливание металлической пыли.
Мелкие сорта песка (0,5—1 мм) применяют для обработки
мягких цветных металлов и чугуна, керамических изделий и тон-
костенных металлических деталей, обработка которых требует
осторожности вследствие возможных деформаций. Песок с раз-
мером зерен до 1,5 мм рекомендуется для обработки изделий из
мягкой стали, а наиболее крупный песок (2,0—2,5 мм) служит
для обработки более твердых материалов.
При большом объеме металлизационных работ, когда тре-
буется много песка, как например при поточном изготовлении
цистерн, больших емкостей и тому подобных изделий, для суш-
ки и просеивания песка следует применять специальные уста-
новки.
Режим пескоструйной обработки. Наибольшая
шероховатость поверхности достигается при следующих услови-
ях подготовки: расстояние от сопла пескоструя до поверхности
детали 80—100 лии; угол направления воздушно-песчаной струи
к поверхности детали при очистке чугуна 90°, при очистке стали
45—70°; давление сжатого воздуха при работе на аппаратах на-
гнетательного типа 2—3,5 ати, при работе на аппаратах всасы-
вающего типа 3,5—6 ати. При подготовке неметаллических де-
талей, а также тонкого листового металла расстояние до поверх-
ности детали увеличивают до 150 мм, а воздушно-песчаную
струю направляют под углом 25—30° к обрабатываемой поверх-
ности.
Пескоструйная подготовка считается Законченной, если по-
верхность детали приняла матовый оттенок-с ясно видимой ше-
роховатостью. Степень шероховатости контролируется наружным
осмотром. Пескоструйную подготовку рекомендуется применять
для антикоррозийных и декоративных покрытий. Кроме того,
она применяется для деталей, имеющих нерабочие поверхности
и плоскости разъема с выработкой не более 0,5 мм, сложную
конфигурацию и подвижную посадку.
Пескоструйная обработка мелких деталей производится в вы-
тяжном шкафу (рис. 197) при помощи пескоструйного пистолета
(рис. 198).
486
Рис. 197. Пескоструйный шкаф
Рис. 198. Пескоструйный пистолет
Пескоструйный шкаф позволяет работать без индивидуаль-
ных средств защиты, не требует отдельного помещения и может
устанавливаться вблизи от другого оборудования. Шкаф осна-
щается отсасывающей вентиляцией. Внутри шкафа подвешивает-
ся пескоструйный пистолет.
Габаритные размеры шкафа 1300X700x2900 мм. Вес шкафа
208 кг.
Основные технические данные пескоструйного пистолета
Рабочее давление, ати.................... . 4—6
Расход воздуха, м^мин:
при давлении 4 ати......................0,5
при давлении 5 ати............... . .0,6
при давлении 6 ати......................0,7
Расход песка, л! час ... ................20—30
Детали средних и больших размеров обрабатывают в герме-
тически закрывающихся пескоструйных камерах, напоминающих
большой металлический шкаф. Внутри или рядом с камерой на-
ходится пескоструйный аппарат. Одна загрузка песка в аппарат
емкостью 100 л обеспечивает бесперебойную работу 20—30 мин.
Техническая характеристика пескоструйного аппарата
Расход воздуха, м^мин...................... 3
Габаритные размеры, мм:
диаметр .......... . . 610
высота............................. 1615
Примерный вес, кг........................245
Пескоструйная камера устанавливается в специально отве-
денном помещении во избежание распространения пыли. Камера
оборудуется приточно-вытяжной или вытяжной вентиляцией со
скоростью движения воздуха в камере 0,8—1 м!сек. Для обеспе-
чения нормальных условий работы в холодное время воздух,
поступающий в камеру, должен иметь температуру 15—18°.
Работа в камере производится в скафандрах, защищающих
лицо и органы дыхания, и с принудительной подачей воздуха
под скафандр для дыхания.
Механическая подготовка. При нанесении покрытий большой
толщины на плоские детали для механической подготовки при-
меняют строгальные, а для подготовки поверхностей тел враще-
ния— токарные станки. Наиболее распространенным механиче-
ским способом подготовки поверхности является нарезание «рва-
ной» резьбы на токарных станках. Резец, применяемый для на-
резания такой резьбы, должен иметь передний угол, равный 0°;
угол при вершине около 60°. Для получения рваной резьбы ре-
зец устанавливается в резцедержателе ниже оси детали с выле-
том 100—150 мм. Вследствие такой установки резец сильно виб-
рирует и поверхность получается шероховатая.
Величина смещения резца от диаметра детали берется по
данным табл. 96.
488
Таблица 96
Режимы нарезания «рваной» резьбы
Диаметр детали, мм Величина смещения резца, мм Число оборо- тов шпинделя, Диаметр детали, мм Величина смещения резца, мм Число оборо- тов шпинделя, об1мин Диаметр детали, мм Величина смещения резца, мм Число оборо- тов шпинделя, вб/мин
10 1,0 300 45 3,0 70 250 7,5 13
15 1,5 210 50 3,5 60 300 9,0 10
20 2,0 150 75 4,0 45 350 11,0 9
25 2,5 135 100 4,5 30 400 13,0 7
30 3,0 100 150 5,0 20 450 15,0 6.
40 3,0 75
Нарезание рваной резьбы производится при небольших ско-
ростях в пределах 8—10 м)мин. Допустимые числа оборотов-
шпинделя станка в зависимости от диаметра детали приведены
в табл. 96.
Рваная резьба нарезается без охлаждения и масла за одни
проход резца на всю глубину, которая зависит от толщины слоя
покрытия. При толщине слоя до 5 мм глубина резьбы равна
0,5 мм, а при толщине слоя свыше 5 мм — 0,7-^-0,8 мм.
При -образовании заусенцев необходимо их удалить острым,
резцом или тупым шабером, не заглаживая резьбы. Резец при
этом должен касаться лишь вершины резьбы, не срезая ее.
Шаг резьбы берется в пределах 0,7—1,5 мм. Наилучшая сцеп-
ляемость достигается при шаге 0,75—1 мм. Большой шаг (1,2-s-
1,5 м) применяют при нарезании рваной резьбы на деталях
из мягких металлов и малоуглеродистых (вязких) сталей, так
как при малом шаге резьбы на деталях из этих металлов проис-
ходит сглаживание резьбы.
Нарезание рваной резьбы требует от токаря известного на-
выка, поэтому следует сначала выполнить пробную нарезку
резьбы на бракованной детали и только после этого приступать,
к подготовке деталей для металлизации.
Если необходимо получить особенно надежное сцепление
слоя с основным металлом, то используют способ нарезания
рваной резьбы с последующей прикаткой ее вершин при помощи
накатки (рис. 199). Вследствие смятия вершин резьбы на ней
получаются «замки», значительно увеличивающие сцепление по-
крытия с основным металлом.
На поверхности прямых и коленчатых валов, роторах и дру-
гих деталях, имеющих форму тел вращения, на прямых частях,
не имеющих ограничений в виде фланцев, щек и т. п., перед на-
резанием рваной резьбы необходимо вытачивать кольцевые ка-
489
навки. Эти канавки служат для выхода резца и устранения вы-
крашивания металлизационного слоя у торца детали. Кольце-
вые канавки являются своеобразными замками, в которых
углубляются торцы металлизационного слоя.
Расположение и размеры кольцевых канавок для наружных
поверхностей показаны на рис. 200. Глубина канавки должна
быть на 0,2—0,3 мм больше глубины резьбы.
После прорезания кольцевых канавок производится черно-
вая обточка поверхности с целью устранения неровностей, а так-
же уменьшения наружных или увеличения внутренних разме-
Рис. 199. Накатка для обработки резьбы
Рис. 200. Кольце-
вые канавки
ров, обеспечивающих получение минимальной толщины метал-
лизационного слоя. Если делать кольцевые канавки не нужно
(детали, идущие под запрессовку; шейки, ограниченные щека-
ми или фланцами) или если выполнить выточки по каким-либо
причинам невозможно, то черновую обточку следует произво-
дить по всей длине дефектного участка, оставив по краям бур-
тики шириной 1—2 мм (рис. 201).
Поверхность литых деталей, работающих со смазкой, после
механической подготовки необходимо вновь прожечь пламенем
горелки или паяльной лампы для удаления масла и влаги из
пор, открывшихся после проточки и нарезания резьбы.
При большом износе на отдельных участках цилиндрической
поверхности в целях сокращения затрат при металлизации до-
пускается ступенчатая подготовка, контур которой показан пунк-
тиром на рис. 202.
При подготовке плоских деталей на строгальных станках по
всей певерхности, подлежащей металлизации, прорезают канав-
ки глубиной не свыше 0,5—0,6 мм, с шагом 1 —1,5 мм. Острые
грани канавок закругляют. Чтобы в шпоночные и масляные ка-
навки при металлизации не попадал напиливаемый металл, в
них закладывают деревянные шпонки такого размера, чтобы они
490
выступали над поверхностью шейки на 1 —1,2 мм выше толщины
слоя.
Если закаленные или цементированные поверхности должны
проходить подготовку под металлизацию нарезанием рваной
резьбы, то их необходимо предварительно подвергнуть отжигу.
(0-2,0
Рис. 201. Буртик
на конце вала
Рис. 202. Ступенчатая подготовка поверх-
ности
Если отжиг детали произвести невозможно, следует снять на
станке твердый поверхностный слой на глубину, необходимую
для нанесения металлизационного слоя. После снятия слоя по-
верхность подвергают пескоструйной очистке.
Рис. 203. Подготовка
плоской поверхности на-
резанием канавок
Рис. 204. Установка шпилек на подго-
товляемой поверхности
В тех случаях, когда на плоскую или фасонную поверхность
необходимо нанести металлизационный слой значительной тол-
щины (свыше 0,5 мм), подготовку производят путем нарезания
канавок (рис. 203) в виде ласточкина хвоста с шагом 2—3 мм
или путем установки в шахматном порядке шпилек (рис. 204) с
насечкой поверхности между ними зубилом. После этого поверх-
ность подвергается пескоструйной очистке.
При подготовке к металлизации внутренних поверхностей
цилиндров, втулок, подшипников и т. п. необходимо иметь в виду,
491
что нанесение на их внутренние стенки покрытия толщиной бо-
лее 5—6 мм недопустимо. Исключение составляют покрытия, на-
несенные при распылении свинцовооловянистой проволоки; в
этом случае толщина покрытий может достигать 10 мм и выше.
Для нанесения покрытий небольшой толщины на внутреннюю
поверхность деталей необходимо:
а) при незначительной неравномерности износа детали наре-
зать рваную резьбу (без черновой обточки для устранения экс-
центричности) ; вместо рваной резьбы нарезается иногда гладкая
с прикаткой вершин;
б) при устранении неравномерности выработки путем обточ-
ки глубину последней определяют исходя из минимально допу-
стимой толщины слоя 0.5 мм.
Подготовка поверхности нанесением подслоя молибдена. От-
носительно сложные способы подготовки (отпуск и отжиг зака-
ленных и цементированных деталей, установка шпилек, проточка
канавок) могут быть заменены технологически более простым
способом — напылением подслоя молибдена, который позволит
наносить на плоские поверхности покрытия из алюминия и алю-
миния со сталью толщиной до 4—5 мм.
Этот способ целесообразно применять для подготовки труд-
нодемонтируемых деталей, когда подготовка пескоструйной об-
работкой может привести к загрязнению песком всей машины
или когда она не допускается по техническим условиям, а меха-
ническая подготовка путем нарезки рваной резьбы связана с
затратой большого труда и времени. Этот способ применяют для
деталей с небольшим износом (посадочных мест под шариковые
и роликовые подшипники, внутренних поверхностей цилиндров
гидравлических прессов и др.).
На очищенную, гладкую поверхность наносится при помощи
металлизационного аппарата тонкий слой молибдена (0,05
0,1 мм).
Режимы нанесения молибденового покрытия следующие.
При работе газовыми аппаратами <
Давление сжатого воздуха, ати ...............2,5—3
Давление ацетилена, ати .......... 0,8—1
Давление кислорода, ати ....... ... 3—5
Расстояние от точки плавления проволоки до ме-
таллизируемой поверхности, мм . ............ 50—80
Скорость подачи проволоки, м1мин '............0,4—0,5
При работе на электродуговых аппаратах
Давление сжатого воздуха, ати . . ..... 3,5—4
Напряжение тока, в............... ............30—35
Скорость подачи проволоки, м/мин..............0,5—0,7
Расстояние от точки плавления проволоки до ме-
таллизируемой поверхности, мм . . . .... 40—60
492
1
Электроподготовка поверхности. Электродуговая под-
готовка поверхности может быть использована в тех случаях,
когда все другие способы подготовки (обдувка песком, нареза-
ние резьбы) не дают положительных результатов, а именно: для
твердых, закаленных и цементированных деталей (с твердостью
свыше HR —350), внутренних поверхностей тонкостенных ци-
линдров, деталей сложной формы и др.
Процесс электроподготовки состоит в наплавке на поверх-
ность детали тонкого слоя металла, все время раздуваемого
струей сжатого воздуха. При этом вследствие применения воз-
душного дутья расплавленный металл образует «пену» и проч-
но сплавляется с изделием. Слой подготовки состоит из большо-
го количества бугорков и впадин неправильной формы с сильно
развитой поверхностью. Высота выступов колеблется в преде-
лах 0,1—0,75 мм.
При наплавке металл электрода неглубоко проникает внутрь
основного металла и глубина провара не превышает 0,125 мм.
Электроподготовка ведется специальным электрододержате-
лем, в котором закрепляется пучок электродов из 6—12 шт. диа-
метром каждый 1,5—3 мм или из 25—30 шт. диаметром каждый
до 1 мм. Обработка производится быстрыми легкими прикосно-
вениями к поверхности, поэтому в поверхность металла вводится
незначительное количество тепла и не происходит температур-
ных изменений в детали.
Электродуговую подготовку можно производить на перемен-
ном и постоянном токе 300—350 а, напряжением 6—12 в. При
работе на постоянном токе электроды соединяются с отрица-
тельным полюсом генератора. Приспособление конструкции
Гипронефтемаша для электроподготовки показано на рис. 205.
2 7
Рис. 205. Приспособление для электроподготовки поверхности:
7—сопло, 2 — накидная гайка, 3 — корпус, 4 — ниппельная гайка, 5 — маховик с вали-
ком. 6 — ролики для подачи электрода, 7 — электрод, в — контактный наконечник
493
Электроды применяются из никеля, монель-металла и других
малоокисляемых металлов.
Для электроподготовки можно также использовать аппараты
для электроискровой обработки металлов. Однако при этом в
работе участвует не пучок электродов, а лишь один электрод, что
значительно снижает производительность.
Если электроподготовка пучком электродов ведется продол-
жительное время, то электроды разогреваются до красного ка-
ления и на подготовляемой поверхности откладываются большие
куски металла, которые с ней плохо сцепляются.
По данным Н. В. Катца, производительность установки при
работе с пучком электродов составляет до 0,3 м21час.
Анодно-механический способ подготовки по-
верхности валов. Сущность анодно-механического способа под-
готовки поверхности под металлизацию заключается в следую-
щем: под воздействием искровых разрядов, появляющихся при
периодическом контактировании электрода и обрабатываемой
детали в среде электролита (водные растворы буры, мыла, жид-
кого стекла и др.), происходит снятие слоя металла с поверхно-
сти детали, которая при этом приобретает шероховатость. Анод-
но-механическая обработка поверхности может вестись на посто-
янном и на переменном токе.
3-й Киевский авторемонтный завод применяет анодно-меха-
нический способ при подготовке к металлизации закаленных
шеек коленчатых валов двигателя ЗИЛ-120. При этом способе
производится обдирка шеек и создание необходимой шерохова-
тости поверхности.
Перед металлизацией валы подвергают обдувке песком с
целью удаления с них силикатной пленки после анодно-механи-
ческой подготовки.
Анодно-механическая подготовка шеек выполняется на пере-
оборудованном для этой цели круглошлифовальном станке типа
3420. Взамен абразивного круга в защитном кожухе установлен
чугунный диск диаметром 750 мм и толщиной 25 мм.
4. НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЯ
Во избежание окисления и загрязнения подготовленной по-
верхности металлизацию необходимо проводить непосредственно
после подготовки. Если по каким-либо причинам нанесение по-
крытия не может быть выполнено тотчас же после подготовки, то
подготовленную поверхность следует защитить, обернув ее чи-
стой бумагой. В таком виде деталь может храниться в закрытом
помещении с нормальной температурой и влажностью воздуха.
При появлении в результате длительного хранения на подготов-
ленной поверхности признаков окисления или загрязнения по-
494
верхность до начала нанесения покрытия необходимо подверг-
нуть легкой обдувке песком с размером частиц не более 0,5 мм.
Нанесение покрытия при восстановлении изношенных поверх-
ностей. Восстановление металлизацией изношенных поверхно-
стей деталей с дефектами механической обработки допускается
только в тех случаях, когда деталь не потеряла допустимой
прочности, вследствие определенного дефекта. В таких деталях
можно исправлять:
а) наружные и внутренние поверхности, идущие под прессо-
вую и скользящую посадку;
б) наружные и внутренние поверхности, работающие на тре-
ние;
в) поверхности с плоскостями разъема;
г) поверхности, работающие на сжатие, за исключением тех
случаев, когда металлизационный слой подвергается резким уда-
рам или сильному напряжению на гранях.
На изношенные детали и детали с дефектами механической
обработки, имеющие форму тел вращения, покрытия наносятся
на станках. Для этого в суппорте токарного станка закрепляет-
ся металлизационный аппарат так, чтобы ось его распылитель-
ной головки была перпендикулярна обрабатываемой поверхно-
сти. Скорость вращения шпинделя станка и продольная пода-
ча суппорта с металлизационный аппаратом устанавливают та-
кими, чтобы в процессе металлизации деталь не нагревалась
свыше 60—70°.
При металлизации деталей диаметром до 100—150 мм аппа-
ратом ЭМ-6 скорость подачи металлизационного аппарата в за-
висимости от производительности процесса изменяется от 0,5 до
10 мм/об при скорости вращения шпинделя станка Г5—
20 об/мин.
При металлизации аппаратом ЭМ-6 крупногабаритных дета-
лей, ручными аппаратами ЭМ-ЗА, ЭМ-9, ГИМ-2 и МГИ-1-57
деталей любых размеров скорость подачи суппорта устанавли-
вается в пределах 1—3 мм/об при скорости вращения шпинделя
12—15 об/мин. Если при указанных режимах происходит напрев
детали свыше допустимой температуры, то через каждые 1—2
прохода металлизатора необходимо приостанавливать процесс
для охлаждения поверхности до температуры 20—25°.
Металлизация поверхностей с рваной резьбой, имеющей на
концах кольцевые канавки и галтели, выполняется в следующем
порядке.
При металлизации шеек с галтелями, щеками и другими вы-
ступами на концах металлизатор устанавливается под углом
45° (рис. 206). После нанесения слоя толщиной 0,1—0,2 мм про-
изводится металлизация остальной части шейки.
Металлизация шеек с кольцевыми канавками на концах на-
чинается с канавок и производится до покрытия их примерно на
495
Электроды применяются из никеля, монель-металла и других
малоокисляемых металлов.
Для электроподготовки можно также использовать аппараты
для электроискровой обработки металлов. Однако при этом в
работе участвует не пучок электродов, а лишь один электрод, что
значительно снижает производительность.
Если электроподготовка пучком электродов ведется продол-
жительное время, то электроды разогреваются до красного ка-
ления и на подготовляемой поверхности откладываются большие
куски металла, которые с ней плохо сцепляются.
По данным Н. В. Катца, производительность установки при
работе с пучком электродов составляет до 0,3 м21час.
Анодно-механический способ подготовки по-
верхности валов. Сущность анодно-механического способа под-
готовки поверхности под металлизацию заключается в следую-
щем: под воздействием искровых разрядов, появляющихся при
периодическом контактировании электрода и обрабатываемой
детали в среде электролита (водные растворы буры, мыла, жид-
кого стекла и др.), происходит снятие слоя металла с поверхно-
сти детали, которая при этом приобретает шероховатость. Анод-
но-механическая обработка поверхности может вестись на посто-
янном и на переменном токе.
3-й Киевский авторемонтный завод применяет анодно-меха-
нический способ при подготовке к металлизации закаленных
шеек коленчатых валов двигателя ЗИЛ-120. При этом способе
производится обдирка шеек и создание необходимой шерохова-
тости поверхности.
Перед металлизацией валы подвергают обдувке песком с
целью удаления с них силикатной пленки после анодно-механи-
ческой подготовки.
Анодно-механическая подготовка шеек выполняется на пере-
оборудованном для этой цели круглошлифовальном станке типа
3420. Взамен абразивного круга в защитном кожухе установлен
чугунный диск диаметром 750 мм и толщиной 25 мм.
4. НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЯ
Во избежание окисления и загрязнения подготовленной по-
верхности металлизацию необходимо проводить непосредственно
после подготовки. Если по каким-либо причинам нанесение по-
крытия не может быть выполнено тотчас же после подготовки, то
подготовленную поверхность следует защитить, обернув ее чи-
стой бумагой. В таком виде деталь может храниться в закрытом
помещении с нормальной температурой и влажностью воздуха.
При появлении в результате длительного хранения на подготов-
ленной поверхности признаков окисления или загрязнения по-
494
верхность до начала нанесения покрытия необходимо подверг-
нуть легкой обдувке песком с размером частиц не более 0,5 мм.
Нанесение покрытия при восстановлении изношенных поверх-
ностей. Восстановление металлизацией изношенных поверхно-
стей деталей с дефектами механической обработки допускается
только в тех случаях, когда деталь не потеряла допустимой
прочности, вследствие определенного дефекта. В таких деталях
можно исправлять:
а) наружные и внутренние поверхности, идущие под прессо-
вую и скользящую посадку;
б) наружные и внутренние поверхности, работающие на тре-
ние;
в) поверхности с плоскостями разъема;
г) поверхности, работающие на сжатие, за исключением тех
случаев, когда металлизационный слой подвергается резким уда-
рам или сильному напряжению на гранях.
На изношенные детали и детали с дефектами механической
обработки, имеющие форму тел вращения, покрытия наносятся
на станках. Для этого в суппорте токарного станка закрепляет-
ся металлизационный аппарат так, чтобы ось его распылитель-
ной головки была перпендикулярна обрабатываемой поверхно-
сти. Скорость вращения шпинделя станка и продольная пода-
ча суппорта с металлизационный аппаратом устанавливают та-
кими, чтобы в процессе металлизации деталь не нагревалась
свыше 60—70°.
При металлизации деталей диаметром до 100—150 мм аппа-
ратом ЭМ-6 скорость подачи металлизационного аппарата в за-
висимости от производительности процесса изменяется от 0,5 до
10 мм/об при скорости вращения шпинделя станка Г5—
20 об/мин.
При металлизации аппаратом ЭМ-6 крупногабаритных дета-
лей, ручными аппаратами ЭМ-ЗА, ЭМ-9, ГИМ-2 и МГИ-1-57
деталей любых размеров скорость подачи суппорта устанавли-
вается в пределах 1—3 мм/об при скорости вращения шпинделя
12—15 об/мин. Если при указанных режимах происходит напрев
детали свыше допустимой температуры, то через каждые 1—2
прохода металлизатора необходимо приостанавливать процесс
для охлаждения поверхности до температуры 20—25°.
Металлизация поверхностей с рваной резьбой, имеющей на
концах кольцевые канавки и галтели, выполняется в следующем
порядке.
При металлизации шеек с галтелями, щеками и другими вы-
ступами на концах металлизатор устанавливается под углом
45° (рис. 206). После нанесения слоя толщиной 0,1—0,2 мм про-
изводится металлизация остальной части шейки.
Металлизация шеек с кольцевыми канавками на концах на-
чинается с канавок и производится до покрытия их примерно на
495
половину требуемой глубины. Дальнейшая металлизация произ-
водится так же, как и шеек с галтелями. Толщина металлизаци-
онного слоя зависит от величины износа, а также глубины обточ-
ки, сделанной при подготовке поверхности восстанавливаемого
участка, и определяется в каждом случае с учетом припуска на
последующую механическую обработку слоя.
Величина припуска на механическую обработку напыленно-
го слоя зависит от характера
Рис. 206. Положение аппарата при
металлизации шеек с галтелями
предполагаемой оораоотки и диа-
метра восстанавливаемого
участка; для определения ве-
личины этого припуска можно
руководствоваться данными
табл. 97.
Толщину напыляемого слоя
контролируют измерительными
инструментами (штангенцир-
кулем, микрометром). Нанесе-
ние покрытий на шейки валов
с изолированными шпоночны-
ми канавками производится
так же, как и на валы без
шпоночных канавок.
При нанесении покрытий на шейки со ступенчатой подготов-
кой сначала покрывают поверхность с меньшим диаметром до ди-
Таблица 97
Припуски металлизационного слоя для последующей обработки
Диаметр восстанавливаемой детали, мм Величина припуска на токарную обработку с заключи- тельной операцией-шлифованием, мм
Токарная обработка Шлифование * Всего
До 25 1,0 0,3 . 1,3
25-50 1,2 0,4 1,6
50—75 1,4 0,5 1,9
75-100 1,6 0,5 2,1
100—125 1.8 0,5 2,3
125—150 2,0 0,5 2,5
150—200 2,5 0,5 3,0
200—250 2,8 0,5 3,3
250—300 3,0 0,5 3,5
300—400 3,5 0,5 4,0
400—500 4,0 0,5 4,5
Примечание. Припуск на механическую обработку для деталей указан из рас-
чета длины металлизируемого участка не менее 500 мм.
496
аметра следующей ступени и т. д. Если разница в диаметрах
ступеней большая, то металлизация отдельных частей вала про-
изводится на всю высоту профиля. После окончания напыления
одного участка металлизации подвергается следующий и т. д.
На наружные поверхности можно наносить покрытия толщиной
от 0,05 до 10 мм и выше.
Посадочные места, шейки под шариковые и роликовые под-
шипники и другие неподвижные места посадки металлизируют-
ся стальной проволокой с низким содержанием углерода.
Детали, работающие на износ в условиях жидкостного и по-
лужидкостного трения, целесообразно металлизировать высоко-
углеродистой стальной проволокой.
Нанесение антифрикционных покрытий. Антифрикционные
покрытия применяются при изготовлении и восстановлении под-
шипников скольжения, втулок, шеек валов и др.
Антифрикционные материалы состоят из твердых структур-
ных составляющих в виде крупинок, равномерно распределен-
ных в мягкой и пластичной основной массе или, наоборот, из
твердой основы с включением в нее мягких структурных состав-
ляющих.
Если нанести покрытие сразу из двух разнородных металлов,
например стали и алюминия, то в покрытии будут находиться
твердая и мягкая составляющие. Значит, такое покрытие может
работать как антифрикционное. В процессе нанесения такого
многокомпонентного покрытия частицы каждого из наносимых
металлов распределяются в слое отдельно, хотя при металлиза-
ции они и находились все в расплавленном состоянии. Такие
многокомпонентные покрытия называют псевдосплавами. В на-
стоящее время известно до 50 марок антифрикционных металли-
зационных псевдосплавов.
Псевдосплавы получают из стали, меди и свинца с присад-
кой алюминия, латуни и других металлов. Количество присадоч-
ного металла в этих псевдосплавах может изменяться в преде-
лах от 5 до 50% (по весу).
Псевдосплавы на стальной основе получают присадкой меди,
латуни и алюминия; на медной основе — присадкой свинца или
оловянносвинцовистых сплавов ПОС-ЗО, на свинцовой основе —
присадкой алюминия.
Из большого количества известных и испытанных псевдо-
сплавов лучшими антифрикционными свойствами обладают
псевдосплавы, приведенные в табл. 98.
Для нанесения псевдосплавов обычно используется проволо-
ка, выпускаемая промышленностью. Некоторые типы проволок,
в частности биметаллическую алюминиевосвинцовую, можно из-
готовлять в условиях неспециализированного предприятия спо-
собом, описанным в главе XXII.
Биметаллические и многокомпонентные проволоки были бы
32—956 497
Таблица 98
Составы антифрикционных псевдосплавов
Наименование антифрикционных псевдосплавов Содержание основных элементов, % (по весу)
Алюминий Железо Медь Свинец Цинк Олово
Алюминиево- стальной АЖ50 48—50 50-52
Медностальной МЖ75 70—75 25-30 <
Медностальной МЖ50 . . . . . 50-55 45—50 —
Латунностальной ЛЖ75 . . . . . 70—75 17—20 8—10
Медносвинцовый МС25 . . - . . — 70—75 25—30 —.
Меднооловянно- свинцовый М75 ПОС-ЗО . . . . 90-91 6-7 2—3
Стальной ЖЮО Алюминиево- — 100 — — — —
свинцовый АС50 50—48 — — 50—52 — —
наиболее подходящим материалом для нанесения покрытий, так
как это дает возможность заранее подбирать материал заданно-
го состава.
Из-за отсутствия промышленного выпуска биметаллической
проволоки металлизацию чаще ведут с использованием двух, а
иногда трех проволок из различных металлов. Это сужает воз-
можности применения псевдосплавных покрытий, так как состав
покрытия можно регулировать только путем использования про-
волок разного диаметра и подачи их в аппарат с различной ско-
ростью.
Из аппаратуры, сконструированной ВНИИАВТОГЕН, пода-
ча проволок с различной скоростью возможна только на аппара-
те ЭМ-6 с трехпроволочной головкой МТГ. Кроме того, имеется
небольшое количество специально сконструированных трехпро-
волочных и трехфазных металлизационных аппаратов.
Трехпроволочная металлизационная головка МТГ конструк-
ции ВНИИАВТОГЕН позволяет получать покрытия из двух или
даже трех различных металлов и применять стандартные сорта
проволоки, выпускаемой промышленностью.
В настоящее время наиболее проверены и могут быть реко-
мендованы для промышленного применения антифрикционные
псевдосплавы, указанные в табл. 99.
При подготовке к металлизации изношенных бронзовых вту-
лок втулка нагревается в термической печи горелкой или паяль-
ной лампой до 250—300° и выдерживается при этой температу-
498
Таблица 99
Материалы для псевдосплавных антифрикционных покрытий
Состав псевдосплава Предельное удельное давление, кгс/см* Коэффициент трения Заменяемый антифрикционный сплав
Материал Содер- жание, ”/.
Сталь Медь 75 25 550 0,03-0,04 Бронза БрОЦС-5-5-5 и БрСЗО, баббит Б-83 и Б-16
Сталь Латунь 75 25 100—140 о,ри Бронза Б0ОЦС-5-5-5, баб- бит Б-83 и Б-16
Сталь Алюминий 50 50 330 0,04-0,042 Бронза БрСЗО, баббит Б-83 и Б-16
Сталь Алюминий 70 30 375 0,05 Бронза БрСЗО, баббит Б-83 и Б-16
Алюминий Свинец 50 50 180—200 0,004 Бронза БрОЦ-4-3 и БрОЦС4-4-2,5 Баббит Б-83 и Б-16
ре до прекращения выделения пара и дыма. После обжига втул-
ка обдувается песком для удаления с ее поверхности сгоревше-
го масла и других загрязнений. Очищенная втулка обмеряется..
Если величина износа не превышает 3 мм на сторону, то втулка*
считается пригодной для восстановления. При большем износе-
втулка не восстанавливается. При износе втулки менее 2 мм на>
сторону она растачивается до размера, который" меньше номи-
нального диаметра на 4 мм.
После расточки на поверхности втулки нарезается рваная-
резьба с шагом 1,25 мм глубиной 0,75-4-0,8 мм, а по концам втул-
ки снимают фаски. Галтели втулок, как правило, не растачива-
ются. В случае сильного загрязнения толщина снятой' стружки
с галтели не должна превышать 0,05—0,1 мм. Подготовленную
втулку следует обернуть чистой бумагой и хранить в сухом по-
мещении до металлизации.
Установка втулки на станок должна производиться при по-
мощи приспособления, устраняющего деформацию втулки при ее
закреплении в патроне. Такое приспособление показано на*
рис. 207.
Перед началом металлизации головку аппарата наклоняют
вниз, чтобы оси головки и втулки составляли угол 8—10°. При
таком расположении головки уменьшаются потери металла и
улучшается качество покрытия. Втулка должна устанавливать-
ся галтелью в сторону патрона, так как при такой установке на
галтель не оседает лишний металл. После этого головка вводит-
32* . 499»
ся внутрь втулки на такое расстояние, чтобы точка пересечения
проволок и передний торец втулки находились в одной верти-
кальной плоскости.
Другое крайнее положение головки (по выходе из втулки)
должно находиться на расстоянии 20—25 мм от заднего торца
втулки.
При нанесении покрытия из стали для обеспечения прочного
сцепления стального покрытия с бронзой предварительно нано-
сится подслой из цинка толщиной 0,3—0,4 мм на сторону.
Рис. 207. Приспособление для крепления
втулок и подшипников:
J — втулка. 2 — xoMyt, 3 — поводок, 4 — стер-
жень*
Величина припуска на механическую обработку зависит от
диаметра втулки. При определении величины припуска на меха-
ническую обработку можно руководствоваться следующими
данными (припуск на обработку указан из расчета длины втул-
ки не более 300 мм):
Внутренний диа- метр втулки, мм Величина припус- ка (на диаметр), мм Внутренний диа- метр втулки, мм Величина припус- ка (ма диаметр), мм
100—150 2,0 250—300 3,0
150—200 2,2 300—400 3,3
200—250 2,5 400-500 3,6
Для предупреждения перегрева втулки металлизационный
аппарат после нескольких проходов выключается.
При нанесении покрытия на концевые участки втулки попа-
500
До изнсса
дает меньше металла, так как часть его теряется. Поэтому по
выходе головки на расстояние 25—30 мм от торца втулки само-
ход выключается на 1—2 мин и за это время на концевую часть
наносят недостающий слой металла, перемещая каретку с ап-
паратом вручную.
Расточка втулок после металлизации должна начинаться с
той части втулки, где нет галтели. После снятия всего пристав-
шего к торцу металла растачивается внутренняя часть втулки.
Обработанные втулки помещают на 2—3 час в подогретую
до 75—80° масляную ванну.
Металлизация втулок без гал-
телей отличается тем, что после
нанесения слоя, толщина которо-
го равна половине заданной, втул-
ка устанавливается противопо-
ложным концом к головке. После
этого металлизация продолжается
до требуемого размера втулки,
включая припуск на механичес-
кую обработку.
В качестве антифрикционных
могут работать не только покры-
тия из псевдосплавов, содержа-
щих цветные металлы, но также
покрытия из низкоуглеродистой
стали при работе в паре с зака-
ленной шейкой вала.
При работе подшипников,
имеющих мягкие вкладыши (баб-
бит, бронза оловянная), послед-
ние находятся в весьма неблаго-
приятных условиях. Так, напри-
мер, при нагрузке, имеющей постоянное направление, изнашива-
нию подвергается поверхность вкладыша на небольшом участке
по окружности, тогда как остальная часть вкладышей почти
не работает. Поэтому мягкие вкладыши сравнительно быстро те-
ряют правильную геометрическую форму, а это ускоряет износ
шеек вследствие ухудшения условий смазки.
Для увеличения срока службы трущейся пары (подшипник —
вал) в последнее время нашли применение трущиеся пары с об-
ращенными материалами, у которых подшипник изготовляется
из термически обработанной стали, а шейка вала покрыта слоем
антифрикционного материала.
В этих парах наиболее интенсивно изнашивается вал, а
вкладыш, изготовленный из твердого малоизнашиваемого мате-
риала, весьма долговечен (рис. 208).
Преимущества подшипниковых пар с обращенными материа-
501
а) й)
Рис. 208. Износ сопряжений пары:
а — обычная пара (вкладыш подшип*
ника вырабатывается в нижней части),
б —обращенная пара (мягкий вал рав-
номерно вырабатывается по всей ок-
ружности)
лами по сравнению с обычными подшипниками состоят в том,
что износ шейки происходит равномерно по всей окружности и
распределяется на поверхность, имеющую во много раз боль-
шую площадь, чем в том случае, когда основному износу под-
вергается вкладыш подшипника. При помощи металлизацион-
ных аппаратов, особенно трехпроволочной металлизационной го-
ловки, на шейки валов легко и быстро наносятся покрытия из
различных металлов или псевдосплавов, обладающих высокими
антифрикционными свойствами и заменяющих бронзу и баббит.
С помощью металлизационных аппаратов можно наносить
покрытия на неразрезные втулки диаметром не менее 50 мм.
Для восстановления и изготовления втулок меньшего диаметра
применяется другая технологическая схема.
Из дерева любой породы вытачивают валик диаметром на
1—2 мм меньше номинального внутреннего диаметра втулки.
Затем на этот валик наносят подслой цинка толщиной 0,1—
0,5 мм, необходимый для обеспечения сцепления последующего
покрытия с деревом. Далее наносят слой антифрикционного
псевдосплава с учетом припуска на обработку и протачивают
валик под прессовую посадку. Место, куда должна запрессовы-
ваться втулка, должно быть обработано и подготовлено. После
запрессовки втулку растачивают изнутри до заданного диаметра,
при этом дерево и цинковый подслой полностью удаляются из
втулки. Перед пуском в эксплуатацию втулка, как и обычно,
должна быть пропитана маслом.
Нанесение покрытий для придания стали стойкости против
коррозии при высоких температурах (алитирование). Для повы-
шения устойчивости стали против коррозии в условиях высокой
температуры на детали и изделия наносят слой алюминия и
подвергают их термической обработке, в результате которой
алюминий проникает в поверхностный слой стали, образуя же-
лезоалюминиевый сплав, стойкий к высоким температурам.
Этот процесс называется алитированием. Стойкость алитирован-
ных поверхностей объясняется образованием очень тонкой и
прочной пленки окиси алюминия, препятствующей окислению
стали.
Толщина алитированного слоя зависит от химического состо-
яния стали и в первую очередь от содержания в ней углерода:
чем выше содержание углерода, тем меньше толщина слоя. По-
этому алитирование чугуна не дает эффекта, так как свободный
углерод, содержащийся в чугуне, представляет наибольшее пре-
пятствие для диффузии алюминия в сталь.
Стойкость алитированных изделий зависит от глубины нане-
сенного слоя, а также от температурных условий эксплуатации.
При температуре не выше 900—950° продолжительность службы
алитированных изделий из простых углеродистых сталей увели-
чивается в несколько раз.
502
Стальные алитированные детали могут работать как в окис-
лительной, так и в восстановительной среде топочных газов, а
также в воздухе, содержащем до 15% сернистого газа. Техноло-
гический процесс алитирования состоит из следующих опера-
ций: подготовка поверхности, нанесение покрытия, обмазка по-
крытия флюсом и обжиг.
Толщина нанесенного слоя алюминиевого покрытия должна
быть в пределах 0,3—0,5 мм. Подготовка поверхности и нанесе-
ние алюминия производятся обычными способами.
Покрытие защищается специальными обмазками против
окисления при обжиге, а также для удержания расплавленного
алюминия от стекания. Хорошие результаты дает обмазка из
48—50% графита, 20—25% огнеупорной глины, 20—25% квар-
цевого песка, 2% нашатыря и жидкого стёкла. Количество жид-
кого стекла берется таким, чтобы обмазка получила сметано-
образный вид. Нанесение обмазки на покрытую алюминием по-
верхность производится кистью в 2—3 слоя, причем каждый из
последующих слоев наносится только после высыхания преды-
дущего.
Когда обмазка высохнет, изделие подвергают обжигу при
-следующем режиме: начальная температура обжига 600—650°:
быстрый нагрев до 900—950°; выдержка при температуре 900—
350° 2,5—3,5 час-, медленное охлаждение до 600—650°.
Изделие можно не обжигать, если оно работает при темпе-
ратуре не ниже 850°.
Применение металлизации для исправления дефектов литья.
Металлизация распылением позволяет устранять некоторые ви-
ды линейного брака: раковины, пористость и трещины.
При обработке литых деталей часто обнаруживаются усадоч-
ные раковины или газовые пузыри. Такие раковины подготовля-
ют к металлизации, расширяя их подрубкой и очищая песко
струйной обдувкой поверхности около раковин и ее внутренней
полости.
При больших размерах раковины в ее дно ввертывают не-
сколько шпилек, после чего производят пескоструйную очистку.
Металлизация раковин обычно производится проволокой из
цинка или малоуглеродистой стали.
При металлизации раковин пользуются шаблонами из тонкой
листовой стали с отверстиями, по форме близкими к раковине.
Металлизация без шаблона приводит к тому, что металл, осаж-
даясь по краям раковины, препятствует заполнению раковины.
Шаблон держат на некотором расстоянии от детали.
Пористость в литье заделывается, как правило, цинковым
слоем, который после замочки водой приобретает вполне доста-
точную герметичность за счет того, что образующиеся гидраты
окислов цинка занимают больший объем, чем сам металл.
Нанесение антикоррозийных покрытий. Выбор защитного
503
покрытия (род металла и толщина слоя) должен производиться
на основании предварительного заключения специалистов в об-
ласти коррозии.
В простейших случаях решение о применении металлизации
может быть принято на основе уже проверенных на практике
данных.
В качестве металла для защиты от коррозии наибольшее
распространение получил цинк. Цинковые покрытия широко
применяются для защиты деталей машин, крепежных деталей,
стальных листов и т. п., работающих на открытом воздухе в раз-
личных климатических районах, а также в закрытых помещениях
с умеренной влажностью и с воздухом, загрязненным газами и
продуктами сгорания; изделий из черного металла от коррозий-
ного действия бензина (баков, резервуаров и т. п.).
Нанесение антикоррозийных покрытий производится в том
же порядке, как и металлизации поверхностей.
Предварительно производится очистка поверхности от загряз-
нений, а сварных швов — от шлака и т. п., затем пескоструйная
подготовка; при этом обязательно должны быть удалены за-
грязнения из пор металла. Подготовленная поверхность подвер-
гается металлизации возможно быстрее после пескоструйной об-
работки.
При металлизации внутренних поверхностей (резервуаров,
баков, цистерн и т. п.) необходимо применение отсасывающей и
принудительной приточной вентиляции.
В зимнее время поступающий в емкость свежий воздух сле-
дует пропускать через калорифер. Металлизация при температу-
ре ниже +5° не допускается. t
Толщины нанесенного покрытия можно периодически контро-
лировать взвешиванием проволоки исходя из следующего расхо-
да цинковой проволоки: 0,9—1 кг на 1 .и2 покрываемой поверх-
ности при толщине слоя 0,1 мм.
Точное определение толщины покрытия производится при по-
мощи магнитных и электромагнитных толщиномеров.
Примерные режимы нанесения антикоррозийных покрытий
следующие:
/Три работе электродуговыми аппаратами
Напряжение, в . .........................20—25
Ток, а ........... ......................50—120
Давление сжатого воздуха, ати............4,5—6
Расстояние очага плавления до металлизирован-
ной поверхности, мм.......................50—80
Диаметр проволоки, мм................. 1,2—2,0
Толщина нанесенного слоя за один проход аппа-
рата, мм . . . ..........................0,04—0,05
При работе газовыми аппаратами ,
г
Давление, ати:
ацетилена .......... .................. 0,05—0,1
504
кислорода................................ . 2,0—2,5
сжатого воздуха..............................4,5—6,0
Расстояние очага плавления проволоки до металли-
зированной поверхности, мм.........................70—100
Диаметр проволоки, мм............................1,2—2,0
Толщина нанесенного слоя за один проход аппа-
рата, мм.................................. 0,03—0,05
5. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ПОКРЫТИИ
Слесарная обработка. Металлиэационные покрытия вследст-
вие сравнительно низкой сцепляемости с поверхностью основа-
ния и небольшой пластичности плохо сопротивляются ударным
и динамическим нагрузкам. Поэтому все слесарные операции сле-
дует производить осторожно и пользоваться при этом только хо-
рошо заточенным инструментом.
Токарная обработка. Металлиэационные покрытия из цинка,
алюминия, меди, -бронзы и др., а также из стали с небольшим
содержанием углерода (0,2—0,25%) обрабатываются резцами с
пластинами из твердых сплавов ВК2, ВК6, ВК8, Т15К6, Т30К6.
Рекомендуются следующие режимы токарной обработки по-
крытий:
а) из распыленного цинка и алюминия: скорость резания
50—60 м/мин; глубина резания до 3 мм; подача от 0,2 до
1 мм/об;
б) из распыленной бронзы, латуни и малоуглеродистой ста-
ли: скорость резания 25—40 м/мин; глубина резания от 0,1 до
1 мм; подача 0,2—0,3 мм/об.
Геометрия резца для обработки распыленного металла близ-
ка к геометрии резца, применяемого при обработке чугуна. Хо-
рошие результаты дают резцы, имеющие следующие углы за-
точки: передний угол 7°; задний угол 8—12°; угол резца в плане
45°; вспомогательный угол резца в плане 10°; угол наклона ре-
жущей кромки 0°; радиус при вершине 0 мм. Резец должен быть
хорошо заточен.
До начала обточки с целью предупреждения откалывания ме-
таллизационного слоя по краям восстанавливаемого участка
следует произвести подрезку металлизационного слоя, выступа-
ющего за границы поверхности. После подрезки и удаления ме-
талла с неподготовленной поверхности производят обточку обыч-
ным путем. Следует избегать образования на покрытии острых
граней и углов и по возможности снимать фаски под углом 45°.
При токарной обработке рекомендуется устанавливать резец
немного выше центра, что позволяет избежать вырывания от-
дельных частиц металла из покрытия.
Минимальная толщина напыленного слоя после окончатель-
ной обработки должна быть не менее 0,3 мм. Более тонкие по-
505
крытия при обработке резцом отстают от основы или вырывают-
ся отдельными кусками.
Токарная обработка покрытий производится с применением
охлаждающих жидкостей, обычно используемых при обработке
неметаллизированных деталей.
Для получения гладкой поверхности после токарной обработ-
ки обточку следует производить не менее чем за два прохода
резца, причем при втором проходе глубина резания не должна
превышать 0,1—0,15 мм.
Шлифование. Металлизированные детали после обточки
обычно подвергаются шлифованию, для которого оставляется
припуск 0,3—0,4 мм на диаметр.
Металлизационные покрытия из среднеуглеродистой и высо-
коуглеродистой стали не поддаются токарной обработке резца-
ми и подвергаются только шлифованию.
Шлифование металлизационных покрытий затрудняется срав-
нительно быстрым «засаливанием» камня, замедляющим
процесс шлифовки и требующим частой алмазной правки
камня.
Рекомендуется следующий режим шлифования распыленной
стали: окружная скорость шлифовального круга 25—30 м/сек:,
глубина шлифования 0,015—0,04 мм- подача 5—15 мм/об; окруж-
ная скорость детали 10—12 м/мин-, шлифовальный круг — алун-
довый или карборундовый; охлаждение — эмульсия.
Хорошие результаты дают шлифовальные круги зернистости
48—60 с величиной зерна 250—420 мк.
При обработке покрытий шлифовкой установлено, что боль-
шая поперечная подача круга ведет к пережогу шлифуемого ме-
таллизационного слоя и в нем образуется большое количество
мелких трещин.
6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ПОКРЫТИИ
Технический контроль должен производиться по всем трем
технологическим операциям: 1) подготовке поверхности; 2) про-
цессе нанесения покрытия; 3) после механической обработки ме-
таллизационного слоя.
Основными показателями качественной металлизации явля-
ются: а) мелкозернистая структура (тонкое распыление) напы-
ленного металла; б) прочность сцепления напыленного слоя с
поверхностью детали.
Качество структуры напыленного металла определяется внеш-
ним осмотром покрытия и считается удовлетворительным, когда
поверхность напыленного слоя имеет вид тонкого наждачного
полотна.
Металлизационный слой должен быть прочно сцеплен с ос-
506
новным металлом. Покрытие не должно иметь вспучиваний, тре-
щин или других внешних дефектов.
Прочность сцепления покрытий на нерабочих поверхностях
можно определить постукиванием легким молотком. Если при
этом получается своеобразный, присущий монолитному металлу,
однотонный звук, то прочность сцепления считается удовлетво-
рительной.
На рабочих поверхностях деталей прочность сцепления счи-
тается достаточной, если металлизационное покрытие выдержи-
вает механическую обработку.
Дефектные металлизационные Покрытия, забракованные по
тем или иным причинам, следует удалять с поверхности зубилом
либо на токарном или шлифовальном станках. После снятия де-
фектного слоя производится повторная пескоструйная обдувка
поверхности изделия или вновь нарезается рваная резьба.
Детали, которые по той или иной причине не допускают вто-
ричной подготовки поверхности, металлизировать не разрешает-
ся. Эти детали ремонтируются другими способами.
В производственных условиях, не прибегая к сложным физи-
ко.-механическим испытаниям, можно контролировать качество
металлизационного покрытия по наружному виду его в процессе
нанесения, выявляя тем самым брак еще до механической обра-
ботки покрытия.
Дефекты металлопокрытий и причины их образования.
Покрытие с большим содержанием брызг и бу-
горков. Образование брызг и бугорков на металлизируемой
поверхности происходит вследствие работы металлизационного
аппарата на недопустимо повышенных для данного диаметра
проволоки скоростях ее подачи, что связано с увеличением тока
дуги.
Если ток дуги больше допустимого для применяемого метал-
ла и диаметра проволоки, то стабильность горения электриче-
ской дуги нарушается и она часто гаснет вследствие коротких
замыканий. В эти моменты непрерывно подающаяся в дугу элек-
тродная проволока не успевает плавиться и вместо капель жид-
кого металла от электродов отрываются нерасплавленные ку-
сочки проволоки, которые в виде брызг оседают на металлизиру-
емой поверхности; они недостаточно прочно сцепляются с по-
верхностью и при нанесении последующих слоев покрываются
мелкими распыленными частицами, образуя на поверхности не-
большие бугорки.
Образование брызг и бугорков может произойти также при
давлении сжатого воздуха в процессе металлизации ниже реко-
мендуемого техническими условиями (3—2,5 ати вместо нор-
мальных 6—4,5 ага); вследствие применения неотрегулирован-
ной распылительной головки или при значительном износе на-
правляющих пластин.
507
При механической обработке покрытия с брызгами и бугор-
ками нерасплавленные частицы металла выкрашиваются, остав-
ляя на поверхности изделия раковины. Поэтому необходимо та-
кие покрытия браковать еще до их механической обработки.
Механические свойства покрытия с бугорками получаются
низкими. Предел прочности напыленного металла снижается до
50—60% от нормального. Например, предел прочности покрытия
из нержавеющей стали 1Х18Н9 уменьшается с 25 до 14 кгс/мм2.
Твердость снижается с 285 до 187 НВ, а прочность сцепления —
с 500' до 260 кгс/мм2.
Предел прочности покрытия из стали 15 уменьшается с 16—
13 до 6 кгс/мм2, твердость с 225 до 170 НВ, прочность сцепления
с 500 до 250 кгс/см2.
Перегретое покрытие. На металлизированной поверх-
ности изделий малых размеров появляются цвета побежалости
вследствие перегрева и частичного пережога покрытия. Это объ-
ясняется недопустимо близким расстоянием очага плавления от
поверхности образца (50 мм вместо нормальных 100—125 мм).
Появление цветов побежалости указывает на то, что покры-
тие, а вместе с ним и деталь нагрелись свыше 200—250°.
Вследствие различных коэффициентов теплового расширения
стального покрытия и основного металла в них возникают раз-
личные напряжения, что может привести к постепенному отделе-
нию покрытия от основного металла.
Перегрев и частичный пережог покрытия снижают предел его
прочности на 30—40%.
Образование на покрытии цветов побежалости может про-
изойти также в следующих случаях: . ,
а) при работе аппарата на большом токе при малых габари-
тах детали;
б) при повышенном напряжении на дуге;
в) при длительном процессе металлизации без перерывов
для охлаждения;
г) при нанесении слоя большой толщины за один проход ап-
парата (0,5—1. мм вместо нормальной толщины слоя 0,1 —
0,3 мм).
Крупнозернисто е п о к р ы т и е. Металлизационные по-
крытия с очень крупным распылом образуются вследствие недо-
статочного давления сжатого воздуха.
Размер распыленных частиц зависит от интенсивности удар-
ного действия воздушного потока на капли расплавленного ме-
талла.
С уменьшением давления сжатого воздуха интенсивность его
ударного действия на капли металла уменьшается и приводит к
увеличению размера распыленных частид.
Понижение давления сжатого воздуха сокращает длитель-
ность горения электрической дуги и соответственно увеличивает
508
длительность периодов коротких замыканий электродов, что в
свою очередь вызывает отрыв от’проволоки отдельных кусочков
металла в нерасплавленном состоянии и перенос их на металли-
зируемую поверхность.
Предел прочности напыленного металла в данном случае ра-
вен 4 кг]мм2 вместо 15 кг!мм2, а твердость—187 НВ вместо
220 НВ. При механической обработке такого покрытия крупные
частицы металла отрываются, оставляя на поверхности глубокие
поры и раковины. Детали с крупнозернистым покрытием необхо-
димо браковать.
Трещины на покрытии. Образование трещин на по-
крытии зависит от исходного состава распыляемой стали. Пре-
дельно допустимая толщина металлизационного покрытия неоди-
накова у сталей различных марок. Меньше других подвержены
трещинообразованию покрытия из высокоуглеродистых сталей
У7 и У10 и из нержавеющей стали. На наружные цилиндриче-
ские поверхности изделий можно наносить покрытия из этих ста-
лей толщиной до 10—15 мм.
При напылении металла из мало- и среднеуглеродистой ста-
ли трещины могут образоваться при толщине слоя в 3—4 мм.
О влиянии степени окисленности покрытия на образование
трещин судят по внешнему виду напыленного металла. Менее
окисленное покрытие имеет светло-серый цвет, а сильно окислен-
ное — темный.
Расслоение металлизационного покрытия.
При работе с нержавеющей сталью (IXL8H9,2Х18Н9 и др.) имеет
место сильное выгорание хрома, которое нередко доходит до 50%.
Например, при содержании в проволоке марки 1Х18Н9 18% хро-
ма после распыления в покрытии содержится только 9—10%.
Остальное количество хрома выгорает, образуя окись хрома, ко-
торая при недостаточной мощности вентиляционного устройства
оседает на металлизируемой поверхности в виде копоти. Поэтому
после каждого прохода металлизационного аппарата следует
удалять копоть с поверхности изделия медными щетками.
Оставленная на поверхности покрытия копоть остается меж-
ду слоями металла, ослабляя сцепление частиц покрытия с ос-
новным металлом и между собой. Это может вызвать брак.
Контроль качества антикоррозийных покрытий. Антикорро-
зийные покрытия, как правило, наносят из цинка и алюминия
толщиной 0,08—0,1 мм за 2—3 прохода металлизационного ап-
парата.
Низкое качество и брак такого покрытия происходят в ос-
новном из-за неудовлетворительной подготовки поверхности под
металлизацию, неравномерности слоя или несоблюдения требуе-
мой толщины покрытия.
Недостаточная очистка поверхности под металлизацию и, как
следствие, недостаточная шероховатость ее приводят к отслаива-
509
нию покрытия. Неравномерность или недостаточная толщина
слоя покрытия приводят к преждевременному коррозийному из-
носу металлизированной поверхности. Обнаружить эти дефекты
по внешнему виду покрытия не представляется возможным и они
обнаруживаются только в процессе эксплуатации изделия.
Поэтому до нанесения покрытия необходимо контролировать
качество подготовки поверхности, а также проверять равномер-
ность и толщину слоя при помощи специальных приборов — тол-
щиномеров различных систем.
Пережог покрытия, крупный распыл, бугорки и брызги на
цинковых и алюминиевых покрытиях возникают по тем же при-
чинам, что и на стальных. Их легко обнаружить внешним осмот-
ром и устранить путем повторной металлизации после снятия
дефектных участков.
При обнаружении в процессе металлизации на покрытии де-
фектов (бугорков, цветов побежалости, крупнозернистого распы-
ления, копоти) оператору необходимо прекратить напыление и
устранить причины появления этих дефектов.
Глава XXX
ГАЗОПЛАМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ ПЛАСТМАСС
Бурное развитие химии, в частности химии и технологии по-
лимеров, привело к созданию большого количества синтетиче-
ских материалов, сочетающих в себе ряд ценных качеств. Поэто-
му полимеры и пластмассы, изготовляемые на их основе, широко*
применяются в промышленности и быту. “
Многие из полимеров обладают высокой механической проч-
ностью и могут быть использованы в качестве самостоятельных
конструкционных материалов. Другие отличаются хорошей хими-
ческой стойкостью и применяются для облицовки аппаратуры,,
подвергающейся действию агрессивных сред. Пластмассы широ-
ко используются в качестве электроизоляционных материалов.
Отдельные детали из пластмасс часто соединяют между собой
сваркой. В антикоррозийной технике и при ремонте аппаратуры
широко распространена сварка нагретым газом — теплоносите-
лем, имеющая некоторое внешнее сходство с газовой сваркой
металлов.
Газопламенное напыление пластмасс — сравнительно новый
способ нанесения покрытий из полимерных материалов. Пока
этот способ еще не получил очень широкого распространения.
Это объясняется отчасти отсутствием в достаточном количестве-
полимерных материалов в форме?порошка с заданными размера-
ми частиц, который применяется для нанесения покрытий, а от-
части тем, что этот способ до недавнего времени был мало осве-
510
щен в литературе. Кроме того, в настоящее время число рабочих-
операторов, владеющих навыками работы с аппаратурой для га-
зопламенного нанесения покрытий, пока еще невелико. Отсутст-
вие опытных кадров также задерживает внедрение более быст-
рыми темпами этого способа в народное хозяйство.
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ И СВАРКИ
Основой пластических масс являются природные или синте-
тические полимеры. Эти материалы построены из длинных цепей
макромолекул (больших молекул), состоящих из одинаковых
звеньев — молекул исходного материала— мономера. Число
звеньев в цепи бывает очень велико, например в цепи макромо-
лекулы полиэтилена низкого давления их может насчитываться
до 30 000. Цепи макромолекул могут быть линейными и развет-
вленными. Наконец, отдельные звенья соседних цепей могут
вступать во взаимодействие и тогда образуются пространствен-
ные структуры. Образование таких структурных систем приво-
дит к уменьшению растворимости и повышению температуры
плавления материала.
Полимерные материалы могут быть разделены на два основ-
ных класса: термореактивные и термопластичные. К первым от-
носятся полимеры, которые под влиянием нагрева до определен-
ной температуры или химических реагентов переходят в неплав-
кое и нерастворимое состояние. Термопластичными называются
материалы, которые при нагревании размягчаются и становятся
пластичными, а при последующем охлаждении возвращаются в
исходное состояние. Таким образом, термопластичные материалы
или термопласты могут подвергаться многократному нагреву (но
не выше температуры их разложения) и охлаждению без замет-
ного изменения своих первоначальных свойств.
При обработке газопламенными способами такой материал
может многократно подвергаться нагреву. Поэтому сварку и га-
зопламенное напыление в настоящее время применяют только
для термопластичных материалов.
Наибольший интерес с точки зрения нанесения покрытий
представляют следующие материалы: полиэтилен, поливинилбу-
тираль, полиамиды и др. Для сварки, кроме перечисленных,
важными материалами являются винипласт, полихлорвиниловый
пластикат, полиметилметакрилат и др.
Наша промышленность выпускает листы, трубы, прутки для
сварки, пленку из полимерных материалов и др. Особенно ши-
рок ассортимент изделий из винипласта, несколько меньше из
полиэтилена, полиметилметакрилата. Полиизобутилен в чистом
виде не применяют, но его используют в виде пластины ПСГ,
511
нию покрытия. Неравномерность или недостаточная толщина
слоя покрытия приводят к преждевременному коррозийному из-
носу металлизированной поверхности. Обнаружить эти дефекты
по внешнему виду покрытия не представляется возможным и они
обнаруживаются только в процессе эксплуатации изделия.
Поэтому до нанесения покрытия необходимо контролировать
качество подготовки поверхности, а также проверять равномер-
ность и толщину слоя при помощи специальных приборов — тол-
щиномеров различных систем.
Пережог покрытия, крупный распыл, бугорки и брызги на
цинковых и алюминиевых покрытиях возникают по тем же при-
чинам, что и на стальных. Их легко обнаружить внешним осмот-
ром и устранить путем повторной металлизации после снятия
дефектных участков.
При обнаружении в процессе металлизации на покрытии де-
фектов (бугорков, цветов побежалости, крупнозернистого распы-
ления, копоти) оператору необходимо прекратить напыление и
устранить причины появления этих дефектов.
Глава XXX
ГАЗОПЛАМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ ПЛАСТМАСС
Бурное развитие химии, в частности химии и технологии по-
лимеров, привело к созданию большого количества синтетиче-
ских материалов, сочетающих в себе ряд ценных качеств. Поэто-
му полимеры и пластмассы, изготовляемые на их основе, широко*
применяются в промышленности и быту. “
Многие из полимеров обладают высокой механической проч-
ностью и могут быть использованы в качестве самостоятельных
конструкционных материалов. Другие отличаются хорошей хими-
ческой стойкостью и применяются для облицовки аппаратуры,,
подвергающейся действию агрессивных сред. Пластмассы широ-
ко используются в качестве электроизоляционных материалов.
Отдельные детали из пластмасс часто соединяют между собой
сваркой. В антикоррозийной технике и при ремонте аппаратуры
широко распространена сварка нагретым газом — теплоносите-
лем, имеющая некоторое внешнее сходство с газовой сваркой
металлов.
Газопламенное напыление пластмасс — сравнительно новый
способ нанесения покрытий из полимерных материалов. Пока
этот способ еще не получил очень широкого распространения.
Это объясняется отчасти отсутствием в достаточном количестве-
полимерных материалов в форме?порошка с заданными размера-
ми частиц, который применяется для нанесения покрытий, а от-
части тем, что этот способ до недавнего времени был мало осве-
510
щен в литературе. Кроме того, в настоящее время число рабочих-
операторов, владеющих навыками работы с аппаратурой для га-
зопламенного нанесения покрытий, пока еще невелико. Отсутст-
вие опытных кадров также задерживает внедрение более быст-
рыми темпами этого способа в народное хозяйство.
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ И СВАРКИ
Основой пластических масс являются природные или синте-
тические полимеры. Эти материалы построены из длинных цепей
макромолекул (больших молекул), состоящих из одинаковых
звеньев — молекул исходного материала— мономера. Число
звеньев в цепи бывает очень велико, например в цепи макромо-
лекулы полиэтилена низкого давления их может насчитываться
до 30 000. Цепи макромолекул могут быть линейными и развет-
вленными. Наконец, отдельные звенья соседних цепей могут
вступать во взаимодействие и тогда образуются пространствен-
ные структуры. Образование таких структурных систем приво-
дит к уменьшению растворимости и повышению температуры
плавления материала.
Полимерные материалы могут быть разделены на два основ-
ных класса: термореактивные и термопластичные. К первым от-
носятся полимеры, которые под влиянием нагрева до определен-
ной температуры или химических реагентов переходят в неплав-
кое и нерастворимое состояние. Термопластичными называются
материалы, которые при нагревании размягчаются и становятся
пластичными, а при последующем охлаждении возвращаются в
исходное состояние. Таким образом, термопластичные материалы
или термопласты могут подвергаться многократному нагреву (но
не выше температуры их разложения) и охлаждению без замет-
ного изменения своих первоначальных свойств.
При обработке газопламенными способами такой материал
может многократно подвергаться нагреву. Поэтому сварку и га-
зопламенное напыление в настоящее время применяют только
для термопластичных материалов.
Наибольший интерес с точки зрения нанесения покрытий
представляют следующие материалы: полиэтилен, поливинилбу-
тираль, полиамиды и др. Для сварки, кроме перечисленных,
важными материалами являются винипласт, полихлорвиниловый
пластикат, полиметилметакрилат и др.
Наша промышленность выпускает листы, трубы, прутки для
сварки, пленку из полимерных материалов и др. Особенно ши-
рок ассортимент изделий из винипласта, несколько меньше из
полиэтилена, полиметилметакрилата. Полиизобутилен в чистом
виде не применяют, но его используют в виде пластины ПСГ,
511
представляющей собой полиизобутилен, наполненный сажей и
графитом.
'Физико-механические свойства некоторых из этих материалов
приведены в табл. 100.
2. НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИИ ИЗ ПОЛИМЕРОВ СПОСОБОМ
ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ
Сущность способа. Сущность способа нанесения газопламен-
ных покрытий из порошкообразных полимерных материалов со-
стоит в том, что порошкообразный материал струей воздуха про-
дувается через пламя и горячие продукты, образующиеся при
сгорании смеси горючего газа с воздухом. Воздушно-порошковая
взвесь смешивается с этими продуктами сгорания, порошок на-
гревается до перехода в пластичное или вязко-текучее состоя-
ние, при котором он приобретает способность прилипать к го-
рячей поверхности. При этом покрываемая поверхность должна
быть сама нагрета до определенной для данного материала по-
крытия температуры — так называемой температуры растека-
ния.
Температура растекания будет всегда несколько выше тем-
пературы плавления материала. Нужно отметить, что большин-
ство термопластов в отличие от других химических соединений
не имеют четко выраженной точки плавления, а плавятся в бо-
лее или менее широком диапазоне температур. Это объясняется
различной длиной отдельных цепей, из которых состоит полимер,
которые плавятся при различной температуре.
Кроме температуры плавления, и растекания, очень важным
показателем, определяющим возможность применения материа-
ла для газопламенного напыления, является температура разло-
жения материала. Наиболее выгодными для напыления с техно-
логической точки зрения являются те материалы, у которых тем-
пература разложения значительно выше (на 100—200°)
температуры плавления материала, а интервал между темпера-
турами плавления и растекания незначителен и равен примерно
20—30°. Часто этот показатель заставляет отказаться от приме-
нения того или иного материала. Например, полихлорвиниловую
смолу нельзя наносить газопламенным способом, так как диапа-
зон между температурами плавления и разложения ее очень
мал и, проходя через пламя и продукты сгорания с температу-
рой до 1200°, смола разлагается, в результате чего покрытия
получить не удается. Остальные материалы также могут не-
сколько изменяться (окисляться) с поверхности за время про-
хождения их через высокотемпературную зону, однако время
пребывания в ней столь мало (тысячные доли секунды), что эти
изменения не препятствуют нанесению покрытия.
Материалы для газопламенного напыления. Специально для
512
табл. tOO а кин •эжОк-ЕВй 160 290 290 Около 300 ! 250- 300 1 оо ю г- сч сч 1 о о О сч сч
па Cl. л> I 1 । 1 I | 1
а* Q) S 03 S ИЯЙВ8Э 1 160 1 О о S 2 140 180 оо Г—« 150- 170 ОО осч СЧ СЧ оо СЧ о о о сч сч сч 1
О О Ct tq ся ф С Я ф КИН -вяэхэвб ) О о О О сч 1 о о О — сч 1 1 220 1 о о со ю сч сч 1 оо 00 О сч
ИХЭОН -hodn ид -ахоииги 09’ | 1 ео ° О О- СЧ СЧ 1 1 3 1 8° ]
КИНЭЕЯв1ГП
Л -« Я Ф Л*® " ® -гтч Ф Д rf <U я'о С я S S 3 О 2 Л Q. а я Q, Ф о. —25-т- 4-60 •I- ю ш г-ч ю I + О о ю о 1 + •I- оо ю о 1 + 001 + -7-SS- о »гз Н“ о 3 ' о 1 1 ?i
« V J3 V я.» S tu А* 1
у а <и В Оо « е:»-. ф «4 и S ,022 г-1 СО О’- 22 4 1 о о 1 ' СЧ СЧ о о г-н сч 33 ш сч со о о 1
0 £ и с е( (J О О о СЧ Tf СЧ о V—< оо оо оо
« • Я о СО ю о сч
Диэлект । рическа 1 проннцае I мость пр 10' гц i 1 2,0 ; з,о-4, 2,2—2, СЧ 1 СЧ 1 | 1,8-2, 2,6-3, । 3,8—4, 1
। Электри- | ческая • прочность, 1 KBjMM 1 1 15-35 1 45-60 45—60 1 1 ю 15—35 ! 25-30 1
« с ж д ГТ > объемное сопротивление, ом}см О оо о io о О г—< AtOI г о О г—< оо О (3-4-4) X10» 1 С J а ?Я я ш Я
(J лЯ
Теплопро- водность, ккал/м- час) град i 0,14 1 ! 0,012- 0,03 0,252 0,36 0,25 — 0,35 со о о 1 1 1 ч Я С *я И О ЗЯ «о 51 о па я +а а> -йЗ
Материал Винипласт Полихлорвиниловый пластикат Полиэтилен высоко- го давления Полиэтилен низкого давления Полиизобутилен**** Полиметилметакри- лат Полистирол Полиамиды Поливинилбутираль ♦ По Шору. ** По Джонсу. *** Ниипластмасс. **** Для полиизобутм;
514
газопламенного напыления в настоящее время выпускаем:
только пластмасса для горячего напыления ПФН-12 ВТУ М
4159—54, представляющая собой смесь из нескольких видовсэдй,
и графита.
Для газопламенного напыления материалы должны бытЙЯ
приготовлены в форме порошка с размерами частиц 0,1-ьЗ оЯ
Более дисперсные порошки плохо транспортируются по коммуйЯ
никациям, а при напылении сгорают, проходя через пламя устДОИ
новки. Более крупные частицы не успевают нагреться, и качест-ДЯ
во покрытия ухудшается. Поэтому предназначенный для напы-“?Я
ления порошок должен тщательно просеиваться через соответ-дЦ
ствующие сита. 3
Композиции. Композиции представляют собой смеси из раз- -is
личных полимеров, с наполнителями — пигментами и другими-1
добавками. Я
Большинство применяемых для напыления полимеров бес- /|
цветны или имеют слабую желтоватую или зеленоватую окрас-/а
ку. Покрытия из некоторых полимеров, например полиэтилена,
не могут работать в условиях естественного освещения, так как
под действием ультрафиолетовых лучей полиэтилен окисляется,/!
вследствие чего покрытие становится жестким, растрескивается
и разрушается.
В этом случае в полиэтилен вводят до 2% газовой сажи, ко- а
торая предупреждает его ^старение. у
Для окраски в порошок смолы добавляют тонко измельчен-
ный порошок пигмента. Пигмент должен выдерживать темпера- /
туру пламени распылительной горелки. Рекомендуемые виды. ’
пигментов приведены в табл. 101.
Особенно важно равномерно распределить частицы пигмен-
та в смоле. Для этого вначале пигмент смешивают с небольшим
» Таблица 101
Пигменты для окрашенных композиций
Цвет Наименование пигмента Количество пигмента в смеси, °|0
Синий Моностраль синий (пигмент фталоцианиновый голубой) 2—3
Зеленый Окись хрома 4-5
Черный Сажа газовая 1,5—2
Кремовый Окись титана (титановые бе- лила) 8—10
Красный Кадмиевый красный (сернис- тый кадмий красный) 3—5
Желтый Кадмиевый желтый (кадмий сернисто-желтый) 5—10 .1
Коричневый Сурик железный, охра 8—10 . |
5ft
количеством смолы, затем добавляют примерно равную объему j
смеси порцию смолы,, снова перемешивают, после чего смесь •-
вводят в основное количество смолы при очень тщательном пе-
ремешивании. Компоненты смешивают обычно в шаровых мель- )
ницах, специальных смесителях, либо вручную (небольшие, ко-
личества). Так же производится смешение полимерных материа-
лов, композиции из которых готовятся, например, с целью ,
сочетания различных свойств полимеров или удешевления стой- !
мости материала. С этой целью, например, к полиэтилену добав-
ляют более дешевый полистирол, который сам по себе дает рас- |
трескйвающиеся покрытия, но в сочетании с полиэтиленом об-
разует вполне качественные покрытия.
' У ' ' • ' ;
1 3. АППАРАТУРА ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ
Нанесение газопламенных покрытий производят с помощью
установки УПН-4Л* (рис. 209). ;
Установка состоит из питательного бачка 1, подвешенного на
стойке и служащего для подачи порошка в горелку, щита 2 с при-
борами пуска и регулирования процесса и распылительной го-
релки 5. j
С помощью распылительной горелки производится распыле- ;
ние частиц материала и их нагрев'до состояния размягчения, при (
котором они способны сцепляться с поверхностью, образуя по-
крытие. *
Установка УПН-4Л работает по схеме, показанной на рис. 210. )
С пуском воздуха в порошковый инжектор I/ в канале 2 создает- 1
ся разрежение, которое передается в Питательный бачок 3 и под 1
диафрагму 4 воздушного клапана. При этом игла 5, оттягиваемая )
диафрагмой, открывает отверстие для прохода воздуха к вибра-
тору б, который таким образом включается в работу одновремен- д
но с пуском порошковой струи. 1
По указанной схеме установка работает при закрытом кране 7 ч
и применяется при распылении термопластов (пластмасс). (
Благодаря тому, что распылительная горелка сблокирована с ;
воздушным клапаном, при прекращении подачи порошковой -
струи вибратор выключается и порошок перестает просыпаться <
через сито 8.
Общий вид распылительной горелки ГЛН-4, предназначенной <
для напыления легкоплавких порошков, показан йа рис. 211.
Горелка ГЛН-4 работает на воздушно-ацетиленовой смеси, но
может быть переведена на торфяной или городской газ (метан)
лутем замены стандартного газового наконечника на специаль-
шые головки конструкции ВНИИАВТОГЕН.
* До 1954 г. выпускались в небольшом количестве установки УПН-1,
.аналогичные по принципу действия установки УПН-4Л. »
$16
Рис. 209. Установка для порошково-
_ го напыления УПН-4Л
В)
' Рис. 211. Общий вид горелки ГЛН-4:
а — с плоским соплом, б — с цилиндрическим соплом
Для нанесения покрытий на внутренние поверхности труб и
изделий, представляющих собой тела вращения, которые можно
установить на станок, применяется специальная удлинительная
головка (рис. 212), присоединяемая к установке УПН-4Л вместо
Рис. 212. Установка УПН-4Л с удлинительной головкой;
1 — токарный станок, 2 — покрываемое изделие, 3 — удлинительная головка,
4 — установка УПН-4Л
518
горелки ГЛН. Головка устанавливается на приспособление, поз-
воляющее перемещать ее в продольном направлении, например
на суппорте токарного станка, в патроне которого устанавливает-
ся покрываемое изделие.
Техническая характеристика установки УПН-4Л
Допустимое давление сжатого воздуха в сети,
кг/см2........................... ............ 4—6
Суммарный расход сжатого воздуха, м3/мин . 0,25—0,30
Требуемое давление ацетилена-, мм вод. ст. . не ниже 50
Расход ацетилена, л/час ......... 250—300
Ширина поверхности, захватываемой струей
за один проход, мм:
при цилиндрическом сопле .............. 15—20
при плоском сопле...........„........... 60—65
Пропускная способность (по количеству распы-
ляемого порошка), кг/час...................... 2—5
Требуемая степень измельчения порошка, мм . 0,15—0,25
Вес горелки (без шлангов), кг ..... . 1,2
Вес установки, кг ..... .................... 30
Габаритные размеры установки, мм ..... 410x450X1120
4. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
Газопламенные покрытия можно наносить на любые изделия,
имеющие открытую, удобную для напыления поверхность. Изде-
лие должно допускать нагрев до температуры растекания мате-
риала.
Острые углы, ребра, заусенцы, открытые литейные раковины,
пористые и незачищенные сварные швы, зазоры в клепаных сое-
динениях делают невозможным качественное нанесение покры-
тий. Поэтому на ребрах нужно снять фаски, углы закруглить до
радиуса 3—5 мм, зачистить швы, заделать поры и раковины.
Поверхность изделия обезжиривают и подвергают пескоструй-
ной очистке так же, как при металлизации. Подготовленное из-
делие подогревают до тех пор, пока поверхность не нагреется до
температуры растекания материала. Подогрев небольших изде-
лий может производиться горелкой ГЛН-4 без подачи порошка
либо обычной сварочной горелкой. Изделия больших размеров с
толстыми стенками нагреваются в печах или шкафах. Можно ис-
пользовать также мощные подогревающие горелки, в частности
инфракрасные лампы. Нагрев таких изделий горелками, так же
как и их напыление, ведется отдельными участками.
В случае, когда возможность подогрева изделия по каким-ли-
бо причинам.исключена (например, когда нужно нанести покры-
тие на стенку, окрашенную с другой стороны, а краска при на-
греве может сгореть), можно снизить температуру покрываемой
поверхности, предварительно нанеся на нее теплоизоляционный
519
грунт. В качестве тёплоизоляционных грунтов обычно применяют
лаки, способные дать пленку высокой прочности сцепления с ме-
таллом и наносимым на грунт покрытием. Лаковая пленка имеет
низкую теплопроводность, и тепло не успевает пройти в. металл,
в результате этого на поверхности грунта, легко достигается тем-
пература растекания материала и отпадает необходимость в на-
греве всего изделия.
В качестве Теплоизоляционных грунтов под полиэтиленовое
покрытие могут быть рекомендованы алкидностирольные лаки й
лак 135Т; применение лака 135Т, однако, менее желательно ввиду
его токсичности и необходимости при нанесении его работать в
противогазе. Слой грунтовой пленки в 100 мк (0,1 мм) уже до-
статочен для того, чтобы наносить покрытие без предварительно-
го подогрева изделия. '
При нанесении покрытия основным фактором, влияющим на
его качество, является тепловой режим процесса. Однако при руч-
ном напылении подбор и поддержание правильного режима про-
цесса определяются обычно оператором. Мощность пламени, по-
дачу порошка, расстояние горелки от поверхности (обычно со-
ставляющее 150—200 мм) и скорость перемещения горелки
следует подбирать так, чтобы падающие на поверхность частицы
порошка плавились на ней и, сливаясь, образовывали бы сплош-
ной слой покрытия. Наилучшим следует считать такой режим,
при котором частица сливается со слоем уже после того, как
горелка прошла над местом падения частифы на поверхность.
Если частицы на поверхности оплавились неполностью, необхо-
димо слегка подогреть их пламенем горелки без подачи порошка
для полного оплавления слоя.
В процессе нанесения покрытия на отдельных участках иногда
могут образоваться вздутия, поры, покрытие может оказаться
сожженным при слишком мощном пламени или при задержке го-
релки над одним местом. •
В этих случаях дефектное место зачищают, края его сводят на
нет, чтобы образовался плавный переход к качественным участ-
кам, и покрытие наносят вновь. Для получения сплошных беспо-
ристых покрытий необходимо наносить слой 0,4—0,5 мм.
Измерение толщины слоя покрытия на стали производят с по-
мощью магнитных (рис. 213) и электромагнитных (рис. 214) тол-
щиномеров. ’
В магнитных толщиномерах по шкале Магнитного индикато-
ра <3 определяется создаваемое рукояткой 2 усилие отрыва посто-
янного магнита 1 от поверхности слоя, которое будет тем меньше,
чем толще слой покрытия. В электромагнитном толщиномере
уравнивается величина двух магнитных потоков: один поток за-
висит от толщины слоя и задается измерительной головкой 1;
второй поток уравнивается по первому вращением измерительной
рукоятки 2, непосредственно показывающей толщину покрытия.
520
2
Л
I I
Рис. 215. Схема электролитного дефектоскопа:
1 — металлическое основание, 2 — слой напыленного
термопласта, 3 — источник тока (3q-6s), 4 — гальва-
нометр, 5 — волосяная кисть, 6— электролит для
смачивания кисти
Момент равенства магнитных потоков определяется оптическим
индикатором 3.
В том случае, когда покрытие нанесено на немагнитный мате-
риал, одновременно с изделием покрывают небольшие образцы —
свидетели, на которых и проводят замеры.
Одним из главных условий хорошего качества покрытия яв-
ляется его сплошность. Хотя универсального и абсолютно надеж-
ного способа определения сплошности покрытия нет, все же с
достаточной уверенностью для практических целей ее покрытия
можно определять с помощью электролитного и электроискрового
дефектоскопов. Действие электролитного дефектоскопа (рис. 215)
основано на том, что если на поверхность неэлектропроводного
(например, полиэтиленового) покрытия нанести слой раствора
электролита, например раствор мыла, то в местах несплошностей
электролит затечет в поры. Если теперь подвести контакты от ис-
точника тока, соединенного с гальванометром, к основанию и
кисточке, смоченной раствором электролита, то при прохождении
тока над дефектным местом электролит, проникший в пору, зам-
кнет цепь и стрелка гальванометра отклонится. В электроискро-
вом дефектоскопе к поверхности покрытия с помощью щупа с
сигнальной неоновой лампой подводится ток повышенной частоты
и напряжением в несколько тысяч вольт. В момент прохождения
щупа над дефектным местом проскакивает искра и загорается
сигнальная лампа.
Глава XXXI
СВАРКА ПЛАСТМАСС
1. СПОСОБЫ СВАРКИ ПЛАСТМАСС
Процесс сварки термопластичных материалов отличается це-
лым рядом особенностей от процессов, протекающих при сварке
металлов. Эти особенности связаны прежде всего с микро- и
макроструктурой пластмасс.
Как указывалось выше, большинство полимерных материалов
не имеет четко выраженной точки плавления, а при повышении
температуры переходит из твердого стеклообразного состояния
сначала в высокоэластичное, затем в пластичное и далее в вязко-
текучее. В пластичном и вязко-текучем состояниях материал при-
обретает липкость, вследствие чего отдельные детали под давле-
нием, обычно весьма небольшим, могут прочно соединяться меж-
ду собой.
Поэтому процесс сварки термопласта состоит в том, что сое-
диняемые детали, а при сварке с использованием присадочного
материала — и присадочный пруток, нагреваются до перехода в
522
вязко-текучее состояние и при сравнительно небольшом давлении
соединяются между собой..Следовательно, в отличие от сварки
металлов при сварке термопластов не образуется жидкой ванны.
Существует ряд принципиально различных способов нагрева
термопластов, использование которых определяет и способы
сварки: нагретым газом; с помощью нагревательных элемен-
тов—контактным теплом; токами высокой частоты; за счет
тепла трения (фрикционная сварка); с помощью ультразвука.
Сварка нагретым газом. При этом способе свариваемые дета-
ли и присадочный пруток нагреваются теплоносителем, в качестве
которого могут использоваться воздух, азот, углекислота и дру-
гие газы. При сварке азотом или углекислотой процесс идет в
защитной инертной среде, что очень важно в тех случаях, когда
требуется избежать окисления и изменения структуры материала,
которые могут произойти при действии нагретого воздуха, содер-
жащего кислород. Однако чаще всего для этой цели применяют
сжатый воздух, вследствие доступности его получения в условиях
производства.
Газ-теплоноситель нагревают до необходимой температуры в
специальных устройствах — нагревателях, условно называемых
горелками. Нагреватели бывают двух типов — электрические и
газовые.
Сварка нагретым газом получила широкое распространение
благодаря простоте оборудования, сравнительной несложности
технологического процесса, легкости обучения рабочих приемам
сварки, возможности соединения деталей практически любых раз-
меров и формы.
Сварка нагретым газом незаменима при проведении ремонт-
ных работ непосредственно на месте установки, при футеровке
и обкладке аппаратуры пленками и пластинами из термопластов,
при монтаже оборудования и конструкций.
Сварка с помощью нагревательного элемента. При этом спо-
собе необходимое тепло передается свариваемому участку с по-
мощью нагревательного элемента при непосредственном контакте
его с материалом. Нагревательный элемент подогревается элек-
трическим или реже газовым обогревным устройством. Способ
этот особенно хорош для сварки мягких пластиков небольшой
толщины.
Сварка токами высокой частоты. Если поместить пластину или
пленку из термопласта между двумя металлическими пластина-
ми, к которым подведен ток высокой частоты, то за счет диэлек-
трических потерь в непроводящем материале выделяется тепло,
которым материал нагревается до необходимой для сварки тем-
пературы.
Сварка трением (фрикционная). Этот способ сварки основан
на том, что теплом, выделяющимся при трении двух деталей, на-
пример при вращении в противоположные стороны двух сопри-
523
касающихся труб или цилиндров, материал свариваемых деталей
размягчается и при одновременном действии давления эти детали
прочно свариваются.
Сварка с помощью ультразвука. Принцип этого способа внеш-
не схож с высокочастотной сваркой, отличаясь от последней тем,
что нагрев материала происходит под действием ультразвука,
подводимого от специального генератора ультразвуковых колеба-
ний. В настоящее время этот способ подвергается дальнейшей
разработке, проводимой исследовательскими организациями в
содружестве с производственными предприятиями. Он имеет
большое будущее и следует ожидать, что в скором времени
ультразвуковая сварка термопластов найдет самое широкое при-
менение наряду с другими способами.
2. АППАРАТУРА ДЛЯ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТОВ НАГРЕТЫМ ГАЗОМ j
Сварка термопластов продуктами сгорания горючих газов ’
невозможна из-за высокой температуры (2000° и выше). Сопри-
косновение продуктов сгорания со свариваемым термопластич-
ным материалом вызовет разложение последнего. Во избежание
этого необходимо снизить температуру продуктов сгорания, что
может быть достигнуто применением в качестве теплоносителя
другого газа, нагреваемого за счет теплоты сгорания горючего
газа.
Использование теплоты сгорания горючего газа для нагрева
газа-теплоносителя в газовых горелках может быть осуществле-
но прямым или косвенным нагревом. В случае косвенного нагре- ‘
ва передача тепла от продуктов сгорания к газу-теплоносителю
происходит через стенку, разделяющую эти газовые потоки. При
этом часть тепла рассеивается в окружающую среду. При пря-
мом нагреве газ-теплоноситель смешивается с продуктами сго-
рания. ,
Газовая горелка ГГП-1-56. В 1956 г. ВНИИАВТОГЕН скон-
струировал. и выпустил газопламенную горелку ГГП-1-56 для ;
сварки пластмасс. В этой горелке использован принцип прямого ,j
нагрева газа-теплоносителя.
Техническая характеристика горелки ГГП-1-56 следующая:
Давление горючего газа, кгс/см2 ........ 0,05^1,0
Расход горючего газа, л/час:
ацетилена . . . ............................. 25—30
водорода.............................. ...... 150—200
Требуемое давление газа-теплоносителя, кгс/см2 . . 0,8—5 _
Расход газа-теплоносителя, м?/час ....... 2—3,5
Температура нагретого газа на расстоянии 5—8 мм
от мундштука, град . ............................ 250—300
Длина горелки, мм ............................... 315
Вес горелки с ниппелями и накидными гайками, г 480
524
Горелка ГГП-1-56 (рис. 216) состоит из ствола стандартной
газосварочной'горелки ГСМ-53 и специального наконечника.
Наконечник присоединяется к стволу 1 (рис. 217) -накидной
гайкой 14, при затягивании которой камера 2 уплотняет воздуш-
ный канал, а резиновое кольцо 15 — кольцевое пространство, ?по
которому подается горючий газ. Пуск, регулировка и прекраще-
ние подачи горючего газа и сжатого воздуха производят с по-
мощью соответствующих вентилей.
Горючий газ из ствола горелки проходит по каналу а каме-
ры 2 в газовую камеру 13, откуда через отверстие в инжекторе 12
попадает в сопло 10. Вследствие значительной скорости потока
горючего газа в канале сопла 10 создается разрежение, благодаря
-которому через отверстия в стенках сопла засасывается воздух
из атмосферы.
5
Подсос воздуха регулируется перемещением вдоль оси сопла
регулировочного кольца 11, открывающего в нужной степени от-
верстия в стенках сопла. Газовоздушная смесь, которая образует-
ся вследствие того, что мундштук 7 несколько выступает за срез
сопла 10, сгорает в камере. В эту же камеру поступает сжатый
газ-теплоноситель, который из ствола горелки проходит через ка-
нал в камеры 2, штуцер 3, гайку 4 и трубку 5 в кольцевой зазор 9
между корпусом б и соплом 10. В сопле имеется восемь канавок 8,
через которые сжатый газ-теплоноситель по кольцевому зазору
поступает в камеру. Струя газа-теплоносителя, направляемая
вдоль конической поверхности мундштука 7, образует факел пла-
мени, имеющий форму правильного конуса, вершина которого
выдается из мундштука на 3—7 мм. Продукты сгорания смеши-
ваются со струей сжатого газа-теплоносителя, образуя струю га-
за, нагретого до необходимой температуры.
Температура нагретого газа может изменяться в широких пре-
делах и регулироваться изменением расхода горючего газа и fa-
за-теплоносителя.
В качестве горючего газа используется ацетилен или водород
при давлении от 0,05 до 1 кг/см2. Возможность работы горелки в
столь широком диапазоне давлений обепечивается применением
сменных инжекторов с различными диаметрами отверстия для
истечения газа. Инжектор выбирают в зависимости от давления
применяемого горючего газа в соответствии й данными табл. 102.
Таблица 102
Выбор инжектора в зависимости от давления горючего газа
Горючий газ - Ацетилен Водород
Давление, ати 0,05-0,1 0,1—1,0 0,05—0,1 0,1—0,5 0,5—1
Номер инжектора 2 1 3 2 1
Горелка работает при давлении газа-теплоносителя от 0,8 До
4,5 кгс/см2. Однако существует оптимальное давление, равное
1—2 кгс/см2, при котором горелка работает наиболее устойчиво.
Питание горелки сжатым воздухом может осуществляться от ма-
гистральной воздушной линии, воздушного компрессора или воз-
духодувки, обеспечивающих требуемые давления и расход воз-
духа, а также от баллона со сжатым воздухом или другим га-
зом.
В случае применения других газов-теплоносителей питание
ими горелки производится от баллонов с понижением давления
через соответствующий редуктор. Производительность процесса
сварки, помимо температуры нагретого газа-теплоносителя, нахо-
526
ди'тся (в известных пределах) в прямой зависимости от количест-
ва нагретого газа, которое мож£т обеспечить горелка.
Горелка ГГП-1-56 дает возможность получать до 2,5—ЗмЧчас
и более нагретого до температуры 250—300° газа при давлении
на входе в горелку не ниже 1 ати. При этом расход ацетилена со-
ставляет 30—35 л!час, а водорода — 150—200 л!час. Коэффициент
использования тепла * в горелке ГГП-1-56 достигает 92% и более
при давлении газа-теплоносителя не ниже 1 ати, но во всех слу-
чаях он примерно в 1,5 раза выше, чем у газовых горелок с кос-
венным и электрическим нагревом.
Кроме более высокой производительности и экономичности,
горелка ГГП-1-56 обладает еще рядом преимуществ. Так, в про-
цессе работы при нормальном режиме она не нагревается бла-
годаря тому, что продукты сгорания и нагретый газ-теплоноси-
тель не соприкасаются непосредственно с деталями горелки, а
также вследствие того, что горелка охлаждается током холод-
ного газа-теплоносителя. Этим исключается возможность ожога
сварщика, а также устраняется опасность порчи горелки.
Газовые горелки с косвенным нагревом. В этих горелках
(рис. 218) горючий газ при открывании крана 4 проходит по
трубке 5 и по выходе из нее попадает в смесительное устройство 9
Рис. 218. Газовая горелка косвенного нагрева
(на рис. 218 показано условно). Горючая смесь сгорает при вы-
ходе из смесительного устройства и за счет выделяющегося при
этом тепла нагревает змеевик 10, внутри которого проходит газ-
теплоноситель, подводимый по трубке 7. Подача газа-теплоноси-
теля регулируется краном 5. .
Проходящий внутри змеевика газ-теплоноситель нагревается
и выходит через сменный наконечник 12, закрепляемый на го-
релке накидной гайкой 11. Змеевик заключен в кожух 2, состоя-
щий из внешнего и внутреннего цилиндров, между которыми по-
мещена асбестовая теплоизоляционная прослойка 1.
* Под коэффициентом использования тепла понимается отношение коли-
чества тепла, необходимого по расчету для нагревания данного количества
воздуха к фактически расходуемому количеству тепла.
527
При работе вследствие передачи тепла по трубкам горелка
нагревается. Для защиты рук сварщика от ожога рукоятка 6, че-
рез которую проходят трубки 3 и 7, изготовляется из дерева, а в
передней части горелки установлен щиток 8, состоящий из сталь-
тока
fyamvu
iosigx
t б)
6)
Рис. 219. Электрические горелки:
а — конструкции Охтенскбго химкомбината, б — с секционным нагревом и уменьшея-
ными теплопотерями, в — с нагревательным элементом в виде змеевика
ной пластины, к которой прикреплена пластина из фибры. Го-
релка этого типа может работать с использованием в качестве
горючего газа ацетилена, светильного или природного газа, а
также водорода. Для каждого из этих газов ставится соответ-
Таблица 103
Диаметры каналов сопел горелки для различных горючих газов
Горючий газ > Рабочее давление, кг1см* - — ... *— . ..— . .. Диаметр канала на выходе, мм
Ацетилен ..... 0,01—0,15 1,5-3
Водород 1,2—1,5 0,7—0,9
Светильный газ . . 0,01-0,02 3,5—5,0
528
ствующее смесительное устройство, характеризующееся опреде-
ленными размерами отверстий для подачи горючего газа
(табл. 103).
Электрические горелки. В этих горелках (рис. 219) газ-теп-
лоноситель омывает нагреваемую током спираль или проходит
внутри нагреваемой трубки.
3. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТОВ НАГРЕТЫМ ГАЗОМ
На рис. 220 показаны основные типы сварных соединений, при-
меняемых при сварке- пластмасс в стык, внахлестку, впритык,
угловое.
При сварке в стык материалов толщиной до 5 мм применяют
V-образную разделку кромок с углом раскрытия 55—60°, при тол-
щине свыше 5 мм более прочен и экономичен шов с двухсторон-
ней Х-образной разделкой и углом раскрытия 70—90° благодаря
более равномерному распределению тепловых напряжений при
сварке.
Шов внахлестку менее прочен, так как испытывает дополни-
тельно к растягивающим еще изгибающие и срезающие усилия.
Прочность его почти в шесть раз меньше, чем у шва в стык.
Поэтому сварку швом внахлестку применяют только тогда, когда
по конструктивным или технологическим причинам невозможна
сварка в стык. В частности, соединение внахлестку широко при-
меняется при раструбном соединении труб на клею. В этом слу-
чае, однако, назначение шва заключается главным образом в соз-
дании дополнительной плотности, а не дополнительной прочности
клеевого соединения.
Соединение впритык выполняется однорядным или двухряд-
ным швом. Для усиления механической прочности шва на одном
из листов снимают фаски с одной или с двух сторон.
При соединении ввритак свариваемые листы винипласта
должны плотно прилегать одни к другому. Соединение впритык
применяют в случаях приварки перегородок, диафрагм, полок и
других элементов, устанавливаемых внутри баков, а также при
сварке направляющих реек к плоскостям.
Угловое соединение выполняется, так же как и V-образное,
со снятием фаски на одном или на обоих свариваемых листах.
Угловые швы следует выполнять по типу, показанному на
рис. 220, г, так как они обеспечивают при сварке связь свароч-
ным прутком всех пленок, составляющих винипластовый лист.
Угловые швы применяют при сварке ванн, приварке днищ и
крышек к корпусам аппаратов, приварке фланцев к трубам
и т. д.
Для лучшей проварки стыковых и угловых швов применяют
соединение с зазором (рис. 221). Фаски на кромках снимают
34—956 . 529
°)
Рис. 220. Основные типы сварных соединений:
а —в стык, б — внахлестку, в — впритык, г — угловое
вручную или специальными фрезами, устанавливаемыми на ин-
струменте с приводом от гибкого вала.
Сварочный пруток при сварке пластмасс не плавится, а раз-
мягчается и укладывается- в шов, скрепляя детали. Максималь-
ный диаметр сварочного прутка составляет 3—3,5 мм, так как
прутки большего диаметра хуже прогреваются, отчего производи-
тельность и качество сварки резко снижаются.
Как показала практика, средняя скорость укладки сварочного
прутка диаметром 3 мм должна составлять 12—15 м/час. При
более низкой скорости время нагрева увеличивается, вследствие
чего может произойти перегрев сварочного прутка и мате-
риала.
При скорости укладки прутка более 12—15 м)час пруток и ма-
териал не успевают нагреться до температуры сварки. И в том
и в другом случае резко снижается прочность-сцепления прутка
с основным материалом. ’
' а) б)
Рис. 221. Сварной шов с зазором:
а — установка деталей с зазором, б — начальный момент сварки
Сварщик должен держать пруток под углом 90° (рис. 222) ‘к
поверхности сварного шва. При подаче прутка под углом больше
90° (рис. 223, а) пруток вытягивается, а при дальнейшем охлаж-
дении возникают усадочные напряжения, которые приводят к раз-
рыву прутка. При наклонении прутка вперед под углом меньше
90° (рис. 223, б) разогрев прутка происходит быстрее, чем основ-
ного материала, и на более длинном участке. Поэтому пруток не
успевает привариться к свариваемым деталям или к ранее уло-
женному прутку. -
Вследствие продольного сжатия пруток изгибается с образо-
ванием волн. Прочность сцепления прутка с материалом при не-
правильной подаче его в шов резко снижается, и такой пруток
легко отделяется от поверхности сварного шва. Угол подвода *
наконечника горелки к поверхности шва выбирают в зависимости
от толщины материала. При малой толщине материала угол под-
вода наконечника должен быть меньше. При толщине листа до
,5 мм угол подвода равен 20—25°, а для сварки листов толщиной
10—20 мм— 30—45°. Расстояние между наконечником и поверх--
* Под углом подвода понимается угол между направлениями струи на-
гретого газа и шва. ' , .
34* '
костью сварного шва следует то возможности поддерживать
постоянным, в пределах 5—8 мм, так как изменение этого рас-
стояния вызывает колебания температуры нагрева материала и
сварочного прутка. При правильном положении наконечника
горелки и. оптимальной температуре сварки по обе стороны
Рис. 222. Правильное положение лрутка
при сварке
укладываемого прутка происходит «закипание» материала —
появление очень мелких пузырьков.
В процессе сварки сварщик должен держать горелку правой
рукой, а пруток — левой. Чтобы получить хорошее 'соединение
лрутка с «основным материалом в начале шва, пруток нагревают
Рис. 223. Неправильные положения прутка при
сварке
и прикладывают так, чтобы его конец выступал за срез шва ня
.3—5 мм. При сварке необходимо стремиться к одновременному
и равномерному нагреванию сварочного прутка и основного ма-
териала, что достигается частым изменением направления дви-
жения струи воздуха и одновременным покачиванием горелки.
Кроме того, во избежание одностороннего нагрева краев шва на-
532
конечник горелки следует передвигать в направлении шва. Ру-
ка сварщика с прутком должна находиться на расстоянии 70—
80 мм от свариваемой поверхности. Усилие при давлении прутка
должно быть по возможности постоянным. Величина давления,
оказываемого на пруток, зависит от его диаметра и примерно со-
ставляет: для прутка диаметром 2—3 мм 1—1,6 кг, для прутка
диаметром 4—5 мм 2,2—3 кг. Необходимо учесть,, что даже при
Рис. 224. Последовательность укладки прутков при сварке в стык
нормальном усилии, действующем на сварочный пруток при его
укладке в шов, пруток вытягивается, особенно при отклонении
назад. Нормальное удлинение прутка при правильном режиме
сварки составляет 12—15% от его
первоначальной длины.
Перехватывание прутка, вызы-
вающее перерыв в сварке, крайне
нежелательно, так как при этом
шов получается неплотным. Поэто-
му сварщик равномерно передвига-
ет пальцы по прутку по мере уклад-
ки его в шов и одновременно пере-
двигает пруток вдоль шва. Иногда
и___J
Рис. 225. Соединение двух
прутков
для этой цели передвигают свариваемое изделие на специаль-
ном вращающемся столе. Для равномерного распределения воз-
никающих напряжений прутки при сварке укладывают в опре-
деленном порядке.
На рис. 224 дана примерная схема последовательности уклад-
ки сварочных прутков при выполнении V-образного соединения с
проваркой корня шва и Х-образного. Укладывание прутка в по-
перечном направлении по отношению к приваренным пруткам не
допускается, так как это ведет к разрыву нижних уже приварен-
ных рядов. По окончании одного ряда сварочный пруток срезают
ножом. При срезании прутка часть его длиной 3—5 мм необхо-
димо оставить над краем шва. При сварке крайне нежелательно
применение сварочных прутков различных диаметров, за исклю-
чением случаев проварки корня шва. При обрыве прутка на
оставшемся в шве конце его делают косой срез и наваривают на
него новый пруток, край которого срезан таким же образом
(рис. 225).
'533
После окончания сварки изделие оставляют на воздухе для
медленного охлаждения шва. Быстрое искусственное охлаждение
шва, особенно при сварке листов толщиной более 10 лк, может
привести к его растрескиванию вследствие неравномерной усад-
ки основного материала и присадэчного прутка.
Как видно из описания приемов и технологии сварки вини-
пласта, прочность сварных швов в значительной степени зависит
от квалификации сварщика и тщательности работы. Поэтому в
практике бывают случаи, когда прочность сварного шва
при равных условиях — толщине материала, профиле, темпе-
ратуре сварочного воздуха — колеблется в пределах от 30 до
90% от прочности основного материала у одного и того же
сварщика.
При укладке прутка необходимо следить за тем, чтобы ско-
рость разогрева свариваемых поверхностей прутка и материала
была равномерной и достаточной для размягчения присадочного
материала на необходимую глубину. При этом деформация
прутка будет нормальной (рис. 226, а). Если скорость про-
грева не равномерна, то прочность сцепления будет не-
достаточной (рис. 226, б) или же произойдет пережог прутка
(рис. 226, в).
Наиболее качественный шов получается при применении
прутков с гладкой поверхностью. Прутки не должны иметь пу-
зырей, узловатостей и ломаться при двух-трехкратном из-
гибе.
При сварке мягких пластиков — полиэтилена, полихлорвини-
лового пластиката— уложенный пруток для повышения прочно-
сти прикатывают роликом.
Важным фактором является температура газа, которым про-
изводится сварка. Снижение этой температуры резко уменьшает
прочность сварного соединения и производительность процесса,
534
а чрезмерное повышение* температуры вызывает разложение!ма-
териала. !
Контроль сварных соединений проводится обычно наружным
осмотром. Шов должен быть плотным, без разрывов и трещин.
Герметичность Сварных сосудов и аппаратов можно определять
заполнением их водой, керосином или воздухом под небольшим
давлением. При испытании сжатым воздухом швы смачив]ают
мыльным раствором. Для контроля качества швов мо'гут быть
использованы также электролитный и электроискровой дефекто-
скопы. . 1 I * !
.. ........ ?
Глава XXXII , ; !
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ^ ОРГАНИЗАЦИЯ
РАБОЧИХ МЕСТ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 5
1. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ J !
; ! ..
К рабочим местам должны быть подведены сжатый воздух и
источники тепловой энергии — электрическая энергия или горю-
чий газ и кислород-. На рис. 227 приведена Принципиальная схе-
Рис. 227. Принципиальная схема установки для электрометаллизадйи
535
Компрессоры для металлизационных мастерских
Таблица 104
Марка компрессора Число цилиндров Диаметр цилиндра, мм Ход поршня, мм Производительность, м'/мин Наибольшее рабочее давление, ати Число оборотов, мин I- .. Рекомендуемая мощ- ности электродвига- теля, кет Вес. кг Габаритные размеры, мм Завод- изготовитель
наиболее тя- желой детали компрессора без электро- двигателя длина ширина высота ;
КВ-200 2 200 150 4,5 6 650 40 — 760 1100 624 1190 Машинострои- тельный завод ЦУМЗ МПС СССР г. Таш- кент
КВ-3-6 1 230 170 3 6 720 22. 259 634 690 900 1060 Катарский на- сосный завод г. Катайск Кур- ганской области
ВК-3/5 1 230 170 3 5 730 28 — 632 1446 860 1330 Ереванский компрессорный завод г. Ереван
0-28 2 210 и 120 110 3,6 7 Двига- тель КД-35 — 280 — — — Завод им. Орджоникидзе г. Свердловск
ПКС-ЗМ 2 230 и 135 120 3 7 730 Двига- тель ЗИЛ-120 -S- — 1650 3530 1460 1280
Таблица 105
Основные данные компрессора для питания сжатым воздухом установок УПН-4Л
Наименование Марка компрессоре _
Q-22 0-38 О-16А М.одель 155 Гаро
Тип Двухцилиндровые одноступенчатые, вертикальные воздушного охлаждения Двухступенчатая
Производительность, мъ1час Рабочее давление, кг) см? Число оборотов вала в минуту Мощность электродвигателя, кет Число оборотов вала двигателя в ми- нуту Емкость рессивера, л Общий вес, кг Габаритные размеры, мм: длина ширина высота 15 4 850 1.7 1430 31 90 1140 495 810 29 ‘ 7 950 4.5 950 22 205 1090 480 910 9030 4 800 2,8 1420 22 168 945 430 840 36 До 10 1050 4,5 ’ 2850 250 383 1316 475 815 36 До И 550 4,5 300 500 1500 850 1250
Изготовитель Завод покрасоч- ных аппаратов г. Вильнюс Завод Пневмо- строймашина г. Свердловск Завод покрасоч- ных аппаратов г. Вильнюс — Бежицкий завод автомобиль- ного оборудова- ния
ма установки для электрометаллизации. Установка для газовой
металлизации отличается от нее тем, что вместо электроэнергии
к аппарату подводятся горючий газ и кислород.
Для работы аппаратуры необходим сжатый воздух давлением
5—6 ати. Горелки для сварки пластмасс могут работать при дав- ,
лении воздуха 1,5—2 ати.
В случае отсутствия на предприятии централизованнбгоснаб-
жения сжатым воздухом для целей металлизации, напыления или
сварки устанавливают компрессор. Рекомендуемые марки; ком-
прессоров; приведены в табл. 104.
В тех случаях, когда предполагается организовать только по-
сты по напылению и сварке пластмасс, применение мощных ком-
прессорных установок экономически нецелесообразно, поэтому
для работы установки УПН-4Л достаточно установить один из
компрессоров, приведенных в табл. 105. 1 '
Мощные кбмпрессоры имеют водяное охлаждение с расходом
воды 1,2—1,3 л на 1 м3 воздуха, подаваемого компрессором в
минуту.
На всасывающей трубе компрессора устанавливается воздуш-
ный фильтр для очистки засасываемого воздуха от пыли. Для
компрессоров производительностью свыше 3 мл1мин диаметр вса-
сывающей трубы должен быть не . менее 100 мм, ;а производи-
тельностью менее 3 м3/мин — не менее 75 мм.
Из компрессора сжатый воздух поступает через маслоулови-
тель и обратный клапан в ресивер, предназначенный для сгла-
живания толчков потока воздуха, возникающих при работе ком-
прессора. Ресивер устанавливают снаружи здания, вблизи комп-
рессора. t
Минимальный объем ресивера должен составлять не менее
половины минутной производительности компрессора. Емкость
ресивера может быть вычислена также по формуле
Vpec =
где V — объем всасываемого воздуха в минуту. !
Ресивер должен быть снабжен манометром, предохранитель-
ным клапаном, спускным краном и лазом. ;
Трубопровод, соединяющий ресивер с компрессором, должен
соответствовать производительности последнего. При производи-
тельности компрессора до 3 м31мин диаметр трубопровода дол-
жен быть равен 50 мм, при производительности свыше 3 мЧмин.—
не менее 75 мм.
Для получения покрытий хорошего качества металлизацион-
ный аппарат необходимо питать сжатым воздухом, очищенным
от масла и влаги. Масло, попадая вместе с металлической пылью
на поверхность детали, препятствует прочному сцеплению метал-
лического слоя с основанием. Влага вызывает сильное окисление
распыленных частиц, что приводит к резкому ухудшению качест-
538
ва покрытий. Для удаления масла и влаги из воздуха его про- (
пускают через фильтры-масловодоотделители. •
Фильтр-масловодоотделитель состоит из цилиндрического кор- j
пуса, внутри которого помещен фильтр, состоящий из войлочных j
прослоек и коксовой набивки, разбитой на несколько секций.;
Войлок задерживает масло, а кокс — влагу. Вместо кокса можно]
применять фильтрующие кольца.
На рис. 228 показаны масловодоотделители типа МВО-П и
МВО-М, устанавливаемые вблизи металлизационного поста.
Масловодоотделители указанных типов рассчитаны на давление
до 6 ати и должны иметь манометр со шкалой 8—10 кг/см2. Как f
сосуды, работающие под давлением, они изготовляются и сдают- j
ся в эксплуатацию в соответствии с существующими правилами I
Госгортехнадзора. ;
Войлочные фильтры и коксовая набивка подлежат очист-
ке и замене не реже Двух раз> в месяц. Войлок очищают про-
мывкой в бензине, а кокс тщательно просушивают или заменяют
новым. !
Очередная ревизия масловодоотделителя проводится в зави-]
симости от результатов контроля чистоты воздуха.
J Проверка степени очистки воздуха в процессе эксплуатации!
аппаратов производится обдуванием в течение 1—1,5 мин струей'
воздуха из аппарата листа чистой белой бумаги, помещенной на
расстоянии 100—150 мм от сопла. Воздух считается пригодным '
для металлизации, если за это время бумага остается чистой,
без следов масла и влаги, в противном случае маслоуловитель
и фильтр-масловодоотделитель следует очистить и зарядить
вновь чистой насадкой, промыв при этом бензином войлок н
Сетки.
Для удаления скопившихся масла и влаги необходимо произ-
водить периодическую продувку воздухопровода и промывку за-
движек и кранов бензином.
Во время работы масловодоотделителя необходимо ежеднев-
но после работы спускать через специальный кран конденсат, на-
капливающийся в нижней части резервуара.
Во избежание замерзания конденсата маслоуловители и мас-
ловодоотделители рекомендуется устанавливать в отапливаемом
Помещении, например в компрессорной.
Для питания электрометаллизационных аппаратов электриче-
ским током применяется переменный или постоянный ток. При
работе на переменном токе используют понижающие трансфор-
маторы, специально предназначенные для металлизации, или сва-
рочные трансформаторы.
Трансформатор должен обеспечить почти мгновенное плавле-
ние распыливаемых проволок при соприкосновении их концов.
Этого можно достигнуть в том случае, если ток короткого замы-
кания трансформатора достаточно велик.
539
Техническая характеристика специального трансформатора
для металлизации СТЭ-43-2с Ленинградского завода «Электрик»
Максимальная мощность, ква ........................ 26
Частота, гц........................................ 50
Первичное напряжение, в 220
Вторичное напряжение холостого хода, в . . .21,5; 25; 28,5;
32,0; 35,5;
39,0; 42,5; 46;
50/0; 53.5;
57; 60,0
Максимальный рабочий ток на каждой рабочей
ступени, а............................. *400
Допускаемая продолжительность короткого замыка-
ния, сек.................................. . 1
Напряжение короткого замыкания в % от напряже-
ния холостого хода............................... 59
Для металлизации могут быть использованы также следую-
щие сварочные трансформаторы: СТЭ-22, СТЭ-23, СТЭ-24,
СТЭ-32 и СТЭ-34. При применении этих трансформаторов от вто-
ричной обмотки делают отводы в пределах от 20 до 40 в с ин-
тервалом через 5 в.
При пользовании сварочным трансформатором дроссель в
цепь не включается.
Одновременное присоединение к одному трансформатору не-
скольких электрометаллизац,ионных аппаратов но допускается,
так как при возникновении коротких замыканий на каком-либо
аппарате произойдет падение напряжения на клеммах вторичной
•обмотки трансформатора, что немедленно отзовется на режиме
работы параллельно подключенного аппарата и вызовет пере-
бои в работе всех электрометаллизаторов.
В табл. 106 приведены основные данные о сварочных транс-
форматорах типа СТЭ.
Таблица 106
"Основные данные сварочных трансформаторов
Показатель Тип трансформатора
СТЭ-22 1 СТЭ-"23 ’ СТЭ-24 СТЭ-32 СТЭ-34
Вторичное напряжение при холос-
том ходе, в . . . 65 65 65 65 65
Для ИВ ='65% номинальные:
мощность, кет 15 1*9,5 , 22,7 *29,0 : 30
сварочный ток, а „ л "230 300 300 450 500
Вес трансформатора, кг . . . .1 117 145 140 185 200
Габаритные размеры, мм:
длина 668 668 646 668 699
ширина • 325 325 315 390 370
высота 670 670 660 678 660
541
1
. , 6)
Рис. 229. Схема питания электрометаллизационного аппарата:
а — двухпроволочного: /--сварочный трансформатор, 2 — силовой щит, 3 — транс-
форматор тока, 4 — сеть 220 в, 5 — цеховой щит, 6 — магнитный пускатель, 7 — кно-
почная станций; б — трехпроволочного: / — сварочный трансформатор, 2 — трансфор-
матор»тока, 3 — провода к трехпроволочной головке, . 4 — магнитный пускатель П-422,
5 — сеть 220 в, 6 — цеховой щит, 7 — кнопочная станция
На рис. 229 показана схема питания переменным током элек-
трометаллизационного аппарата. Щит оборудуется вольтметра-
ми на 250 и 50 в, амперметром на 300 а, рубильником, магнит-
ным пускателем и предохранителями. Подвод тока к трансфор-
матору производится по проводу сечением 4 лш2. Для провода
тока к металлизационному аппарату берется провод сечением
35—50 мм2, в зависимости от типа применяемого электрометал-
лизатора.
Щит целесообразно располагать ближе к рабочему месту
(станку, кабине), с тем чтобы обеспечить удобство пользования
пусковыми устройствами и возможность постоянного наблюде-
ния за находящимися на щите приборами. t •
Для работы трехпроволочной головки МТГ может быть ис-
пользована любая действующая электрометаллизационная уста-
новка, питающаяся переменным током от трансформатора мощ-
ностью не менее 20'кет. Щит имеет три амперметра со шкалой
до 300 а, два вольтметра со шкалой 0—50 в и магнитный пуска-
тель.
При наличии действующей металлизационной установки су-
ществующий щит дооборудуется двумя амперметрами со шка-
лой до 300 а и одним вольтметром на 0—50 в.
Электрические горелки для сварки пластмасс работают при
напряжении не более 36 в. Поэтому отделение для сварки пласт-
масс оборудуется понижающим трансформатором из расчета, что
потребляемая каждой горелкой мощность составляет 0,5—
0,6 кет. '
При работе на постоянном токе в качестве источника пита-
ния электрометаллизационного аппарата применяют сварочные
генераторы. Для металлизации пригодны сварочные агрегаты ти-
пов, указанных в табл. 107. Эти агрегаты работают как от элек-
тродвигателя; так и от двигателя внутреннего сгорания. Свароч-
ные агрегаты, выпускаемые, заводом «Электрик», состоят из ге-
нератора и электродвигателя, соединенных эластичной муфтой
и смонтированных на общем основании.
Напряжение холостого хода генератора должно быть 65—70 в.
Для дополнительного снижения величины тока в цепь последова-
тельно включается балластный реостат РНС-250 или РНС-300,
выпускаемые заводом «Электрик», а при отсутствии их исполь-
зуется жидкостной реостат. Электролитом в жидкостном реоста-
те служит раствор поваренной соли концентрации 100—150 г
в 1 л воды, который обеспечивает нормальную работу реостата.
При работе на аппарате ЭМ-6 балластный реостат Не тре-
буется. :
Мастерская должна иметь трубопроводы для разводки горю-
чего газа по рабочим местам. :
Существующая аппаратура, инжекторного типа рассчитана на
работу с использованием горючих газов низкого давления, кото-
543
о
я
и
S
ч
<о
«1
н
Сварочные агрегаты постоянного тока
See, кг 620 оев 550 ООН 1100
'Н ВХ-ОЭЧЯа 180 § '§ о СО 920
я ч- а> ie им •т—< •и
р. л "
< 5 - =3. внидищ 700 О g -с© f<2Q о О GO GO
хо S
‘“л внивц* 285 8 о сч 8 СЧ .° 00
W-4 т—ч сч сч
ю
Ш8Я ‘чюонтодо 1 т*
СЧ QO
со А
•2 33
,<j i 's я = м • Ът £© *2 я® К СО •S р £ Я о
§ ! CQJ О •Ч сч '<D сч & © ед Яд о
IlepeN ока 2! * о Н 4 ЬйГ S § СП OJ „г*"* W £ » S
Ш ©.СП
о О О о о
о ю ю О
V ‘ВЯО1 OJOHWDta® ' со со
_винв«о<1и1гХлэ4 ниэгайц о 2 .1 ю е»
00 СЧ
sS I
3^. “/оОД-ЯП ийп' f. о Sf •о о о о •о о о
йЛ ** е? 35 in «Оф «ТО
« 3“ -
а ° й
ifeGf т< °/о00Т=ЯЫ^п О со 8 ’О to о ю 8
’Н Ма с сч СЧ сч
а> н © '
а. Ф U <0 £ 2 । 8
яя «в * ' to <±> о о
4S '3 Я Напр Ми 1оЛо< хОдг «э 1 о СО -СО тГ
©
я 0 о О
О о 1 »ё> 4Э Тб
ж X ин я да
Тий б ян X к о АО сч •>о сч •о
О КО О-в £ со р с О н ®
•С « П ТЁК о SJ
н U к
К 4Q
О.
Тип о о 8 дЭ сч сч о о
со ю & •о
о о
с -Q 'О
рые засасываются в аппарат струей кислорода. Это дает воз-
можность вести работу с использованием ацетилена низкого дав-
ления, получаемого из карбида кальция в ацетиленовых генера-
торах.
При использовании для питания газовой металлизационной
аппаратуры и установки УПН-4Л ацетилена или его замените-
лей, а также кислорода из баллонов, в которых газ находится
под давлением, на баллоне должен устанавливаться соответст-
вующий редуктор.
/ — каркас, 2 —рама со стеклом, 3 — отвод к вентилятору, 4 — фонарь, 5 —стенка
кабины, 6 — рычаг, 7 — рабочий стол кабины
Вместо ацетилена могут быть использованы другие горючие
газы — пропано-бутановая смесь, нефтяной газ, природный газ
(метан), городской газ.
На рабочих местах для удаления продуктов сгорания, пыли
и т. д. устанавливаются соответствующие отсасывающие устрой-
ства. Металлизацию и напыление ведут в специальных кабинах
для металлизации (рис. 230), представляющих собой рабочий
стол с боковыми стенками и крышей. Задняя стенка кабины
представляет собой диффузор, подсоединенный к вентиляционной
системе. Открытая часть кабины имеет подвижную рамку со
смотровым стеклом, устанавливаемую в нужном для наблюдения
положении и служащую для защиты лица работающего от час-
тиц металла.
Для обеспечения нормальной работы и хороших условий вен-
тиляции необходимо, чтобы скорость отсоса воздуха в наиболь-
35-956 545
544
шем сечении кабины была не менее 2 м1сек. Этим требованием
определяется выбор вентилятора. Обычно при обслуживании ка-
бины ставят вентиляторы типа «Сирокко» низкого или среднего
давления. Одновременно с устройством вытяжной вентиляции
необходимо оборудовать и приточную с подогревом воздуха в
холодное время года во избежание сквозняков и быстрого ох-
лаждения помещения.
Для нанесения покрытий на тела вращения мастерская долж-
на быть оборудована соответствующими станками или приспособ-
лениями. Обычно для этой цели используют токарный станок,
имеющий самоход. На станок устанавливают кабину. При рабо-
те трехпроволочной головкой кабина делается полностью герме-
тичной, а наблюдение ведется через смотровое окно в крышке.
Для сварки пластмасс в помещении должны устанавливаться
рабочие столы-верстаки с расположенными над ними вентиляци-
онными зонтами, а также с бортовыми отсосами.
Для подготовки поверхности под металлизацию и газопламен-
ное напыление оборудуется Пескоструйная камера для крупно-
габаритных деталей или -пескоструйный шкаф для небольших
изделий; последний удобен, так как может устанавливаться в
помещении с другим оборудованием и не вызывает необходимо-
сти применения индивидуальных,средств защиты персонала. Как
и кабины, пескоструйный шкаф оборудуется вытяжной вентиля-
цией.
Наконец, в мастерской должен иметься слесарный верстак с
набором инструментов, щетки или кисти для сметания пыли.
Кроме того, нужно иметь тару для хранения порошков, наборы
сит для рассеивания порошков, стеллажи для проволоки и вер-
тушки, на которые укладывается проволока' при металлизации.
Аппараты подсоединяются к газовым коммуникациям шланга-
ми (резино-тканевыми рукавами) с ниппелями и накидными гай-
ками. Шланги имеют внутренний диаметр 5,5 и 9,5 мм. Шланги
диаметром 5,5 мм более легки и удобны, но они непригодны для
транспортировки воздушно-порошковых смесей в установках
УПН. При работе на газах-заменителях ацетилена необходимо
ставить шланги из масло-бензостойкой резины, так как обычная
резина под действием пропано-бутановой смеси набухает.
2. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ НАНЕСЕНИИ ПОКРЫТИЙ
К работе на аппаратуре для газопламенной обработки метал-
лов и на вспомогательном оборудовании допускаются лица, про-
шедшие соответствующий инструктаж по обращению с оборудо-
ванием и ознакомленные с правилами техники безопасности при
работе с аппаратурой, работающей под давлением, ацетиленовы-
ми генераторами и баллонами с горючими газами и кислородом.
546
Работы по металлизации, газопламенному напылению и свар-
к-е пластмасс относятся к числу вредных. При работе необходимо
учитывать следующие факторы вредности:
а) наличие пыли из частиц наносимого материала;
б) пары металлов, а также газообразные продукты сгорания
горючего газа и разложения термопластов;
в) сильный шум работающей аппаратуры;
г) яркое излучение от Электрической дуги и газового пламени.
Из металлов наиболее ядовитыми являются свинец и кадмий,
поэтому работа с ними требует специальных мер предосторож-
ности. Цинк,- олово, медь и их сплавы, испаряясь при металлиза-
ции и попадая в организм, вызывают появление озноба с повы-
шением температуры. У лиц, постоянно работающих с этими ма-
териалами, вырабатывается иммунитет.
При решении вопроса о выборе помещения для участка или
цеха металлизации следует стремиться к тому, чтобы для этих
целей по возможности использовалось отдельное, изолированное
помещение. Для отсоса металлической пыли и газов металлизаци-
онная установка оборудуется приточно-вытяжной вентиляцией.
Для отсоса загрязненного воздуха из металлизационной каме-
ры, пескоструйного шкафа,-пылеприемника у станка и других
мест применяются центробежные вытяжные вентиляторы. Выбор
вентилятора следует производить исходя из следующих скоростей
воздуха: в рабочем окне металлизационной камеры 2 м[сек; в ра-
бочем окне пылеприемника у станка 4,5 ж/сек; в отверстиях (для
рук) пескоструйного шкафа при закрытых дверцах 1 —1,5 м]сек.
Принимая указанные скорости и учитывая площади рабочих окон
металлизационной камеры, пылеприемника и пескоструйного
шкафа, находят объем засасываемого вентилятором воздуха и по
нему подбирают размер вентилятора. При выборе вентилятора
можно руководствоваться данными табл. 108.
Таблица 108
Центробежные вентиляторы
Вентиляторы ВНИИСТО низкого давления серии ВРН Вентиляторы ВНИИСТО среднего давления серии ВРС
Номер вентиля- тора Производи- тельность, м*1час Число оборотов в минуту Потребляе- мая мощность, кет Номер вентиля- тора Производи- тельность, м'/час Число оборотов в минуту Потребляе- мая мощность,. кет
4 3000 2150 1,45 3 3 000 2170 2,5
5 5 000 1730 2,40 4 5 000 1620 4,1
6 8 000 1500 3,70 4 10 000 1730 9,4
8 12 000 1100 5,70 6 15 000 1380 14,0
10 18 000 880 8,60 6 20 000 ИЗО 18
8 30 000 540 29,-0
547
Для металлизационной камеры, станка и пескоструйного шка-
фа, если работает одна из этих установок, рекомендуется приме-
нять вентилятор № 4 или № 5 среднего давления.
Так как во время работы установки из помещения цеха
вытяжной вентиляцией удаляется значительное количество
воздуха, в цехе следует иметь также приточно-вентиляцион-
ный агрегат, состоящий из осевого вентилятора ЦАГИ с калори-
фером.
Соответственно технологическому процессу ниже приводятся
справочные сведения по технике безопасности нанесения метал-
лических покрытий способом металлизации распылением в до-
полнение к существующим общесоюзным правилам и инструкци-
ям, относящимся к процессам металлизации.
Техника безопасности при пескоструйной подготовке. Песко-
струйные аппараты и масловодоотделители емкостью свыше 25 л
необходимо изготовлять и эксплуатировать согласно правилам
инспекции Госгортехнадзора. Эксплуатация этих аппаратов мо-
жет производиться лишь по получении разрешения от местной ин-
спекции Госгортехнадзора.
Не допускается повышение давления сжатого воздуха в песко-
струйном аппарате и масловодоотделителе выше предела,
установленного для данной конструкции аппарата. Для наб-
людения за давлением в масловодоотделителе и пескоструй-
ном аппарате последние снабжаются манометрами со шкалой
до 10 кг)см2.
Пескоструйные камеры, шкафы, барабаны и другое оборудо-
вание стационарной установки, а также заградительные щиты
при работе на передвижных установках не должны пропускать
наружу струи песка.
Пескоструйные камеры, шкафы и барабаны оборудуются вы-
тяжной вентиляцией.
Вытяжное устройство к пескоструйной камере и пескоструйно-
му шкафу снабжается пылесборником. Пылесборники с водяной
пленкой типа ЛИОТ являются лучшими, так как хорошо очища-
ют отработанный вентиляционный воздух от взвешенных частиц
пыли.
Необходимо тщательно закреплять на ниппелях резино-ткане-
вые рукава при помощи хомутов, а также сопло на соплодержате-
ле, следить за состоянием соединительных рукавов для воздуха
и песка. Рукава должны быть прочные, без свищей, вздутий и
иметь не менее двух тканевых прокладок. При обнаружении де-
фектов в рукавах их надо немедленно устранить.
Меры индивидуальной защиты и охраны тру-
да при пескоструйной подготовке. К работе на песко-
струйных аппаратах допускаются только рабочие, прошедшие ин-
структаж по обращению с пескоструйными аппаратами.
548
Для предохранения поверхности глаз, лица, рук и тела от дей-
ствия частиц песка при работе в свободных камерах, емкостях и
других подобных устройствах необходимо применять шлемы или
противогазы со свободной или принудительной подачей воздуха,
резиновые или брезентовые перчатки (или рукавицы, а также
спецодежду из плотной ткани.
При работе в пескоструйных шкафах, где опасности повреж-
дения песком подвергаются только руки, нужно применять бре-
зентовые рукавицы.
Во избежание ушиба соплом, соплодержателем или шлангом
во время включения аппарата в действие, а равно и во время ра-
боты нельзя выпускать из рук сопла до прекращения действия
аппарата.
Основные пра!вила обращения с газовыми металлизационны-
ми аппаратами. Нанесение покрытий газовыми аппаратами тре-
бует строгого соблюдения правил проведения взрывоопасных и
вредных работ.
При работе на газовых аппаратах, установке УПН-4 и с
горелками для сварки пластмасс обязательно соблюдение
правил обращения с баллонами для горючих и взрывоопасных
газов. Перед началом работ нужно проверить наличие инжек-
ции (подсоса) и убедиться в герметичности всех соединений
аппарата.
Перед зажиганием пламени газометаллизатора необходимо
продуть ацетиленовый шланг и металлизатор для вытеснения из
них воздуха. Для предупреждения обратных ударов пламени сле-
дует строго соблюдать инструкцию по эксплуатации газовых ме-
таллизаторов.
Основные правила обращения с электродуговыми металлиза-
ционными аппаратами. Нанесение покрытий электрометаллизато-
рами требует принятия специальных мер для предупреждения не-
счастных случаев от поражения электрическим током.
Все приборы и оборудование, находящиеся под напряжением,
должны быть заземлены, а рубильники защищены кожухами. То-
копроводящие провода к электрометаллизатору должны быть
изолированы и иметь сечение не менее 16 мм2. При перерыве в
работе на время свыше 8 час необходимо включать рубильник
на главном щите.
Исправление поврежденных приборов и аппаратов, находя-
щихся под напряжением, может быть произведено только после
снятия напряжения. Включение и выключение рубильников на
главном щите можно производить только в резиновых перчатках
и стоя на резиновом коврике.
Меры индивидуальной защиты и охраны труда при нанесении
покрытий. Для защиты глаз от действия электрической дуги и
ацетилено-кислородного пламени работа с электро- и газометал-
549
лизаторами допускается только в очках с цветными защитными
стеклами (светофильтрами). Наиболее подходящими являются
стекла марки ТС-2 с защитными светофильтрами ГС-7.
Из защитных очков, выпускаемых промышленностью, наибо-
лее пригодны сетчатые очки № 1395 и очки — кожаные полумас-
ки № 1396.
При распылении цветных металлов (цинка, свинца, олова, ме-
ди и др.) для защиты дыхательных путей от металлической пыли;
паров металла и газов работа должна производиться в шланго-
вом противогазе; при длине шланга до 20 м разрешается свобод-
ная подача воздуха в противогаз; при длине шланга свыше 20 я
необходима принудительная подача очищенного воздуха посред-
ством специальной воздуходувной установки.
На открытом воздухе или в большом помещении, где обеспе-
чен отсос вредных газов и приток достаточного количества свеже-
го воздуха, допускается работа в респираторах.
При работе с электрометаллизаторами. необходимо надевать
на металлизатор защитный колпачок; работа без защитного кол-
пачка запрещается.
Рабочие операторы снабжаются резиновыми перчатками или
рукавицами, резиновыми сапогами или галошами и брезентовы-
ми костюмами.
Работу по электрометаллизации оператор должен произво-
дить па деревянных настилах или резиновых ковриках.
К работе в качестве операторов допускаются лица обоего по-
ла, достигшие 16-летнего возраста, имеющие квалификацию не
ниже 4—5-го разряда и знакомые с элементарными основами ме-
таллизации распылением. Продолжительность рабочего дня ра-
ботников, занятых на работах по нанесению металлических по-
крытий, устанавливается в соответствии с существующими нор-
мами ВЦСПС.
ЛИТЕРАТУРА
Антошин Е. В. Технология металлизации распылением. Машгиз, Сверд-
ловск, 1944.
Винипласт. Краткий обзор свойств и методов обработки. Под ред.
С. В. Щуцкаго. Госхимиздат, 1955.
Власов А. П„ Савинков К. П. Высокочастотная металлизация.
Машгиз, 1960.
Козловский А. Л. Нанесение газопламенных полиэтиленовых покры-
тий по теплоизоляционным прослойкам. Труды ВНИИАВТОГЕН. Вып. IV.
Машгиз, 1957.
Красниченко А. В. Металлиэационные покрытия — высокоантифрик-
ционные подшипниковые материалы. Ленинградский дом научно-технической
пропаганды, 1954.
550
Нанесение покрытий способом газопламенного напыления. ВНИИАВТО-
ГЕН. Справочные материалы по газопламенной обработке металлов. Вып. 15.
Машгиз, 1958.
Полиэтилен низкого давления. Справочное руководство. Госхимиздат,
1960.
Применение металлизации распылением для нанесения антифрикционных
покрытий. «Механика». Сб. 7. Под ред. А. А. Абиндера. Гизлегпром, 1951.
Сварка пластмасс. ВНИИАВТОГЕН. Справочные материалы по газопла-
менной обработке металлов. Вып. 20. Машгиз, 1960.
Эксплуатация металлизационных аппаратов. ВНИИАВТОГЕН. Справочные
материалы по газопламенной обработке металлов. Вып. 16. Машгиз, 1959.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие.................................................3
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ГАЗЫ И АППАРАТУРА ГАЗОПИТАНИЯ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОЙ
f ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Г лава I. Характеристика горючих газов ............ 5
1. Общие сведения...............• .......................5
2. Водород...................... • . . .................7
3. Коксовый газ................................... . . 7
4. Природный газ (метан)............... 8
5. Сжиженные нефтяные газы.............................8
6. Бензин и керосин .... ... ...........................10
Г лава II. Ацетилен..................................... 10
1. Карбид кальция................... . ....... 11
2. Хранение карбида кальция...........................11
3. Раскупорка барабанов с карбидом кальция ........ 13
4. Взаимодействие карбида кальция с водой .*.... .16
5. Свойства ацетилена................. . . 18
6. Растворенный ацетилен..................• ... 19
Глава III. Кислород..................................... .21
1. Свойства кислорода . . ... ........... 21
2. Использование кислорода при сварке и резке . ........22
3. Контроль качества кислорода .............. 23
Глава IV. Ацетиленовые генераторы..........................24
1. Классификация и основные требования.............. . 24
2. Стационарный генератор ГРК-Ю-57 ........... 26
3. Передвижные генераторы ГНВ-1,25 и АНВ-1-56......... .33
4. Генератор МГ-55.................. ......... . . 37
5. Передвижной генератор ГВР-1.25М .....................40
6. Генератор ГВР-3................................... 44
7. Передвижные генераторы МГВ-0,8 и АСМ-1-58 ....... 49
Г лава V. Водяные затворы и химические очистители ....... 54
1. Основные требования к конструкции затворов...........54
2. Водяной ватвор ВЗНД-З-0,1 ....................... 55
3. Водяной затвор ЗСД-З-0,7 ...... ....... 56
4. Водяной затвор ЗГГ-З . . . ..... . ... 57
552
Стр.
5. Водяной затвор ЗНГ-2-60................................... 58
6. Сухой затвор 3GC-2-60 ..................................... 59
7. Эксплуатация водяных затворов при низких температурах . . 61
8. Конструкция и обслуживание химических очистителей .... 62
Глава К/.^Даллоны^,вентрли и.редукторы для сжатых газов . . . . 63
1. Баллоны....................................... 63
2. Вентили для баллонов.......................................65
3. Редукторы для сжатых газов ...........................68
Глава VI/. Трубопроводы ......................................... 75
1. Трубопроводы для ацетилена, метана и других горючих газов 75
2. Трубопроводы для кислорода............................. 76
3. Гааоразбориые посты»................................... 76
4. Перепускные рамповые установки...........................77
5. Шланги................................................ 78
б. Указатели расхода и давления газов..........79
Глава VIII. Профилактический осмотр и ремонт аппаратуры для газопи-
тания ..................................................... 79
1. Общие сведения.......................................... 79
2. Межремонтное обслуживание . 80
3. Текущий й капитальный ремонт......................... .... 81
Глава IX. Техника безопасности при обслуживании аппаратуры для га-
зепитания.................................................. 83
I. Опасности, возникающие при работе с горючими газами, кисло-
родом, бензином и керосином .................................83
2. Основные правила техники безопасности при газопламенной об-
работке ............................................... ..... 84
3. Опасности, связанные с кустарным изготовлением ацетиленовых
генераторов или изменением их узлов ... ................... -86
4. Противопожарные мероприятия и средства....................§7
Литература..................................................... 8g
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ГАЗОВАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА
Глава X. Общая технология газовой сварки . ......... 91
1. Сварочное пламя ........... 91
2. Аппаратура......................................93
3. Образование сварного соединения . . 100
4. Присадочные металлы и флюсы.................. 103
5. Технология сварки................... ...... 105
6. Контроль сварных соединений....................113
Глава XI. Газовая сварка черных металлов ..........116
1. Сварка конструкционных углеродистых и легированных сталей 116
2. Сварка чугуна ............................... 124
553
Стр.
Глава XII. Газовая сварка цветных металлов.................132
1. Сварка меди и ее сплавов..........................132
2. Сварка латуни................................... 138
3. Сварка бронзы..................................... 147
4. Сварка алюминия и его сплавов.....................151
5. Сварка магния и его сплавов ............. 160
6. Сварка никеля и его сплавов............... 163
7. Сварка свинца .................... ... 166
8. Газопрессовая сварка . . ..................... - . . . 168
Глава XIII. Газовая наплавка......................... . . . 173
1. Общие сведения..................................... 173
2. Наплавка твердыми сплавами и черными металлами.......175
3. Наплавка латуни^на черные металлы ........... 183
Г лава XIV. Организация рабочего места сварщика и техника, безопас-
ности ................................................ 192
1. Организация сварочного поста...................... 192
2. Техника безопасности при газовой сварке и наплавке .... 197
Литература.............................................. 198
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
Г лава XV. Оборудование для кислородной резки.......... 204
1. Классификация машин.................................204
2. Приводы газорезательных машин . . .......... 211
3. Переносные газорезательные машины-тележкй...........218
4. Стационарные машины............................... 223
5. Организация участка для кислородной резки металлов . . .231
6. Специализированные машины и установки ............... . 242
7. Перспективы развития машин для кислородной резки .... 247
8. Ацетилено-кислородные резаки . ......................251
Г лава XVI. Технология разделительной кислородной резки....260
1. Механизм разделительной кислородной резки ...........260
2. Науглероживание металла на кромках реза .............261
3. Влияние технологических параметров на процесс резки . . . 262
4. Кислородная резка малоуглеродистой стали без грата на нижних
кромках..................................... ......... 268
5. Пакетная резка ................................ 270
6. Резка стали большой толщины..........•.......... . 272
7. Выполнение резки.............<..................... 274
8. Уменьшение деформаций при машинной резке . •.........277
Г лава XVII. Специальные виды резки . ................... 280
1. Поверхностная кислородная резка......................280
2. Кислородная резка с использованием газов — заменителей аце-
тилена ................................................284
3. Керосино-кислородная резка . . 287
4. Кислородно-флюсовая резка высокохромистых сталей и других
металлов . . ... .................................... 291
554
Стр.
Глава XVIII. Техника безопасности при кислородной резке . . . . . 300
Литература . . . е............................................ 302
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЬ! П
ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
Г лава XIX. Воздушно-дуговая резка металлов.................305
1. Общие сведения ............................... ....... З^б
2. Оборудование и материалы . ......................• . 307
3. Поверхностная воздушно-дуговая резка.................. . 318
4. Разделительная воздушно-дуговая резка .......... 324
5. Эксплуатация воздушно-дуговых резаков; возможные дефекты
резки . ........................................... 329
6. Технико-экономические показатели воздушно-дуговой резки . . 331
Г лава XX. Резка проникающей дугой ............. 332
1. Сущность способа................................... 332
2. Оборудование для механизированной резки............ 335
3. Оборудование для ручной резки...................... 342
4. Обслуживание и эксплуатация установок для резки .... 344
5. Вспомогательное оборудование и материалы для резки . . . 348
6. Технология резки................................... 351
Глава XXI. Техника безопасности при газоэлектрической резке метал-
лов . . . ............................................ З.э8
Литература . ..................... ..........................363
раздел пяты П
ГАЗОПЛАМЕННАЯ ПРАВКА
Г лава XXII. Физические основы газопламенной правки..............365
1. Сущность метода......................................... 365
2. Тепловые напряжения и деформации при нагреве до 500° . . . 368
3. Тепловые напряжения и деформации при нагреве более 600° . 373
4. Неравномерность распределения температуры при нагреве газо-
вой горелкой ......................................... ....... 375
5. Напряжения и деформации при газопламенной правке .... 378
Г лава XXIII. Технология газопламенной правки.................. 382
1. Эффективная мощность пламени ...... .............382
2. Технология правки тонколистовой стали .......... 383
3. Технология правки толстолистовой стали . • .............. 388
4. Технология правки деталей типа валов ................... . 394
5. Технология правки прокатных профилей.................... 400
6. Технология и примеры правки сварных конструкций . . . . 402
7. Экономичность газопламенной правки...................... 409
Литература . ....................... •......................... 410
555
Стр,
РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ
ПЛАМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА
Глава XXIV. Оборудований и аппаратура закалочных постов .... 413
1. Комплектовка закалочного поста ....................• . 413
2. Огневая аппаратура ....................................... 415
3. Источники газопитания . ............................. 417
Глава XXV. Основы технологии пламенной поверхностной закалки с на-
гревом ацетилено-кислородным пламенем...................418
1. Предпосылки к разработке технологии пламенной поверхностной
закалки ..... ............................................... 418
2. Способы пламенной поверхностной закалки . ...... 418
3. Параметры технологического режима .........................422
4. Технология непрерывных способов закалки . ................ . 428
5. Технология циклических способов закалки 436
Г лава XXVI. Применение газов — заменителей ацетилена для пламен-
ной поверхностной закалки ............................... ......... 438
Литература . .................. ................................442
РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ. НАНЕСЕНИЕ ПЛАСТМАСС СПОСОБОМ НАПЫЛЕНИЯ, СВАРКА
ПЛАСТМАСС
Глава XXVII. Свойства металлизационных покрытий ....... 445
1. Механизм образования слоя . ........................ 445
2. Химический состав покрытия..........-.................450
3. Физико-механические свойства покрытия . ....... 451
4. Прочность сцепления . . ..................... . . 452
5. Твердость покрытий ................. 454
6. Термообработка покрытий............................. . 456
7. Пористость . ................................ ....... 456
8. Работа на трение.................................... 457
Глава XXVIII. Аппаратура для металлизации ..... ... 457
1. Электродуговые металлиэационные аппараты . ..... . 458
2. Газовые металлиэационные аппараты................... 468
3. Эксплуатация металлнзационных аппаратов, неполадки и их уст-
ранение ............................................ 475
4. Высокочастотная металлизация......................... 479
Г лава XXIX. Основы технологии металлизации распылением .... 480
1. Проволока для металлизации.......................... 480
2. Общие технологические указания по металлизации . 484
3. Подготовка поверхности к металлизации ......... 484
4. Нанесение покрытия.............................. . . 494
5. Механическая обработка металлнзационных покрытий . . 505
6. Контроль качества металлнзационных покрытий ........ 506
556
Стр.
510
Глава XXX.. Газопламенное напыление пластмасс . .
1. Основные сведения о полимерных материалах, применяемых для
газопламенного напыления и сварки.................... 511
2. Нанесение покрытий из полимеров способом газопламенного на-
пыления ............................................. 512
3. Аппаратура для газопламенного напыления ........ 516
4. Технология нанесения покрытий ......................519
Глава XXXI. Сварка пластмасс .............................522
1. Способы сварки пластмасс ............... 522
2. Аппаратура для сварки термопластов нагретым газом .... 524
3. Технология сварки термопластов нагретым газом ...... 529
Глава XXXII. Вспомогательное оборудование, организация рабочих
мест и техника безопасности.............................535
1. Вспомогательное оборудование..................... 535
2. Техника безопасности при нанесении покрытий . -......546
Литература . . . • • • ................................ 550