> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Резка и сварка металлов

Резка и сварка металлов

Резка и сварка металлов. /. Резка металлов есть процосс отделения кусков от главной массы материала, производимый различными механическими или химическими способами.

Механическим путем Р. м. производится: 1) в холодном состоянии, посредством режущих инструментов и станков: ножниц, ножовок, круглых и ленточных пил, отрезных резцов (токарные, долбежные, фрезерные и обрезные станки; см. станки), ст., перетирающих быстро вращающимися дисками из металла или абразивного камня (смотрите шлифование); разъединением посредством разрушит, действия взрывчатых веществ—„подрывным- способом; 2) в горячем состоянии, посредством кузнечных инструментов и станков-зубил, ножниц, прессов, молотов, перетир. дисковых пил. — Химическим путем Р. м. производится: 1) в холодном состоянии, протравлением или „перееданием“ металлов химия, средствами-кислотами (сравн. медленный способ); 2) в горячем состоянии, так называемым „огневой резкой“,—быстрый способ, состоящий в разделении материала посредством местного сгорания металла в струе кислорода, выходящего под давлением из инструмента, так называемым „огневого резака“ (горелка), передвигаемого вручную или механизмом и присоединенного гибкими шлангами к газовым баллонам или аппаратам. Эта химическая, огневая, или автогенная Р. железа и стали основана на свойстве железа сгорать (то есть быстро окисляться—ржаветь) в чистом кислороде, когда сжигаемые частицы железа предварительно нагреты св. 1 .SCO0 пламенем горящих в смеси с кислородом горючих газов (ацетилена, водорода, блаугаза, и др. газообразных или парообразных углеводородов). Р. состоит из 5 последов, процессов:

1) горения смеси горючего газа с кислородом (нагревающее пламя), 2) нагревания места Р. до воспламенения железа, 3) горения железа в сгруе чистого кислорода, 4) нагревания ближайших к горящим частицам участков железа теплотой, выделяемой при горении самого железа, 5) механического действия струи кислорода, причем образовавшаяся при горении железа окись его выбрасывается живой силой кислородной струи прочь из щели и следующие оголенные частицы железа вступают в соединение с кислородом. Так. обр. железо нагревается калильным пламенем до t° воспламенения; затем струя кислорода зажигает металл; выделяющееся при горении железа тепло нагревает соседние частицы также до 1° воспламенения; кислор. струя, окисляя и сдувая жидкие окислы железа, подвигается дальше, и получается непрерывный прорез по любому контуру. Если держать струю на месте, то в железе прожигается сквозная дыра. С наступлением 4-го процесса становится излишним 1-й, то есть затрата горюч, газа, но как только обрывается 4-й процесс, в силу охлаждения или скопления окиси, задупаиня пламени и тому подобное., опять надо возобновить подачу газа для подогревания.

Этот процесс в начальной стадии сходен с автогенной сваркой, где калильное пламя нагревает частицы железа только до 1° плавления и капли расплавленного металла заполняют щель, остывают и образуют крепкий шов, но нс окисляются и не сдуваются струен кислорода, находящегося в избытке, как в процессе Р. Аппаратура для автогенной Р. и сварки почти одинакова, только проще для Р., как самый процесс Р. проще сварки, требует меньшего искусства рабочего и применим только для железа и стали, у которых 1° воспламенения ниже 1° плавления; кроме того, окись их плавится легче самого металла и достаточно жидка для сдувания струей кислорода. Чугун, медь и прочие цветные и белые металлы не режутся автогенным способом, но свариваться могут. Высокое качество Р., то есть чистые кромки прорезов, наименьший расход газа и найм, продолжительность работы, достигается при получении такой формы пламени и струп кислорода, когда подвергается сжиганию наименьшее количество металла, а также при установлении наиболее равномерного поступательного движения режущего строго отрегулированного пламени, когда его химическое действие на железо в точках касания совершенно однородно по всей линии реза. Для более равномерного механического передвижения резака устраиваются машины для автог. Р. На качество Р. влияют также: 1) конструктивные свойства применяем, аппаратуры; 2) чистота кислорода; 3) калорийность горючего газа и развиваемая им t°; 4) чистота самого металла Р., то есть отсутствие ржавчины, окраски, прослоек, пузырей, раковин и тому подобное.; б) навыки рабочего резчика; С) внешняя окружающая обстановка, удобное расположение разрезаемого предмета и рабочего (в спец, оборудованном закрытом теплом помещении или на открытом воздухе, на ветру и холоде). Экономика процесса Р. зависит от стоимости кислорода, горюч, газа и раб. силы.

Оборудование для автогенной Р.: 1) кислород, наполняющий под давлением 125 — 150 атмосфер баллоны, то есть стальные цельнотянутые цилиндры-бутыли с горлышком, имеющим винтовую нарезку (правую — для кислорода, левую — для ацетилена и водорода, чтобы не перепутать и нс взорвать при наполнении), с навернутым запорным клапаном и защитным колпаком поверх его, с четырехугольной ножкой внизу. 2) Горючий газ для нагревания пламени: водород, ацетилен, блаугаз, пары бензина или керосина (спос. Фернгольца). Водород, ацетилен, блаугаз получаются в готовом виде, сжатыми под давлением 100 — 150 атмосфер в баллонах. Ацетилен производится из карбида кальция в специальных газогенераторных аппаратах по системе „пода в карбид“ или „карбид в воду“, низкого или повышенного давления. 3) Редукционный клапан (мано-детандр) для кислорода, служит для понижения давления с 150 атмосфер в баллоне до 2,5 атмосфер при входе в горелку (1 реж„ 1 нагрев.). Такой же редукционный клапан применяется и для горючего газа, находящегося под давлением в баллонах. 4) Газовые рукава (шланги) для соединения горелок с баллонами и газогенным аппаратом. Б) Режущая горелка, представляющая комбинацию сварочной горелки с отд. трубкой для дутья кислородом, с кольцевым пламенем, с концентрическими соплами, причем режущий кислород проходит через центр кольцевого нагревательного пламени. Есть также горелки с соплами, лежащими одно за другим (двуструйные горелки). Ценность резака представляют: высокое качество смешения горючего газа с кислородом; безопасность со стороны обратного отражения удара пламени; наличие набора наконечников и мундштуков, точно калиброванных для разного рабочего давления кислорода и различных толщин разрезаемых металлов и установление должной скорости истечения газов по отношению к скорости горения; качество изготовления резака.

Рисунок 1. Водородно-кислородный резак.

Для сжигания железа вводится кислород, химия, соедин. с горючим для подогрева, и особая главная порция кислорода для получения окиси и закиси железа и для сдувания этой окиси с места ее образования. Сгорание ацетилена в резаке идет в 2 фазы: 2CfHf -f- 20α= 4СО -f- 211 (за счет кислорода, подводимого шлангом) и 4СО -f 2Н, -f- ЗОα= ~ 4СОа + 2Н,0 (за счет кислорода окруж. воздуха), выделяет 2.230 кал. на 1 килограмм ацет. и дает t° пламени свыше 3.000°. Железо, сгорая в окись-закись Fe/Fe О“, выделяет 1.648 калорий. Эго тепло действует на части железа еще не окисленные, находящиеся вблизи горящих частей железа, и сокращает расход нагревающего горючего. Расход газа-кислорода и горючего разного рода для разном

I олшины устанавливается опытом. Надо обеспечить: 1) получение правильного пламени, то есть нужным размер струи и ее интенсивность; 2) правильную скорость и равномерность постулат, движения пламени; 3) установление правильного расстояния наконечника горелки от поверхности разрезываемог > металла. Горелка—резак обычного типа, кислородоводородная (смотрите рисунок 1), получает в А водород для нагрева, в В требующийся для этого кислород под давлен. 0,5 —2 атмосфер Через С поступает для резки кислород под высок, давлением (3 атмосфер при Р. д# 30 миллиметров толщ., 12 атмосфер до 200 миллиметров толщ.). Д— кран для выключения нагрев, пламени, которое по временам выключается и пускается при работе. Е — регулир. клапан для режущ.кислорода.Нагрев.пламяполуча-

ется по внешнем кольцеобразном сопле Г, а режущ, кислород идет из среднего отверстия сопла. Для поддержания нужного расстояния горелки от разр. мест служат 2 колесика I. Разл. приспособления к горелкам служат для вырезывания кругов, спирален и так далее Наиб, распространены резаки: лснинградск. завода „Красный Автоген“,Мессер и К® (Германия), Грис-гейм — Электрон, Дрегер-верке — Любек, Келлер и Кнаппих — Аугсбург, АГА, Пиракопт (Швеция), Пре-стовелд (Америка), Интер-нац. Оксиген. К° (Америка) и др. Сфера применения аитог. Р. очень широка: разделка громоздкого железного и стального лома для переплавки (старые суда, паровозы, резервуары, железн. мосты и сооружения, пушки), вырезание из листов отверстий в котельном деле, изготовление заготовок сложного профиля (например, вырезывание колени. вала из болванок).

II. Автогенная сварка представляет особый род сварки, когда места сваривания в шве посредством ударного пламени горелки нагреваются настолько, что расплавляется металл ближайших от пламени частиц железа шва и подставляемой под пламя сварной проволоки или стержня, причем капли расплавленного металла заполняют промежутки шва в одну сплошную целую массу металла. Ударное сварочное пламя высокой 1° получается посредством сварной горелки (иногда неправильно называется паяльником), в которой происходит смешение газов кислорода с ацетиленом, водородом и блаугазом так, чтобы горючие газы были в незначительном избытке против кислорода (на 1 объём кислорода 4 об. водорода или 0,0 об. ацетилена), то есть было восстановляющее пламя, а не окисляющее, как при автогенной Р. Избыток горюч, газа в пламени вреден, так как науглероживает металл, делая его твердым и хрупким. Ацетиленовая горелка (смотрите рисунок 2) соедин. белым резиновым шлангом за наконечник А и кран F с выходи, краном ацетиленового генератора, а красным резиновым шлангом за наконечник S и кран Е с редукционным клапаном кислородн. баллона. Кислород идет по внутренней центральной трубочке горелки, входит под давлением 2 атмосфер в сопло В, присасывает через воронкообразную щель С ацетилен, подходящий по внешней трубе, оба газа смешиваются, образуя взрывчатую смесь, идущую по каналу наконечника, выходя из медного мундштука D, загораются пламенем, имеющем 1° до 3.50U0 (для полного сгорания 1 объёмной единицы ацетилена надо 1 объёмную ед. кислорода). Внутри пламени процесс: СНа -f- 80=2СО 4 НяО. Но кислород внешн. атмосферного воздуха сжигает окись углерода СО в углекислоту СО“. Процесс авт. сварки зависит от чистоты исходных продуктов, аппаратуры, рода сварив, металлов, размера предметов, конфигурации и искусства сварщикаЛНеобходимо умело регулировать, поправлять и перемещать сварочное пламя горелки. Применение сварочных флюсов и спец, сварочной проволоки - стержней облегчает работу в некот. случаях. Листы толщиной до 3 миллиметров свариваются в притык, более толстые листы должны иметь скошенные кромки, образ, желобок, в который заливается сваривающий металл. Металл в месте сварки менее однороден и тягуч, чем сам основной материал. Потеря крепости железного шва уменьшается, если по остывшему шву производить проковку ударами молотка, начиная от белого, кончая красным“нагревом железа. Последующий отжиг места сварки значит, улучшает качество шва. При сварке металлов (в особ, алюминия) применяются флюсы для растворения и удаления окислов железа в виде легкоплавкого шлака. Автог. сварке подвергаются металлы: сварочное и мягкое литое железо и сталь (хорошо); углеродистая сталь и ковкий чугун (хуже); чугун, алюминий, медь (с флюсом); бронза и латунь(плохо, так как при высокой t° сварочн. пламени олово и цинк испаряются); свинец, золото, платина, серебро,|ииккель и цинк не свариваются (испар. при t° свар. плам.). Автог. сварка с успехом применяется для сварки баков, бочек, резервуаров, котлов, железных]конструкций, для ремонта поломанных рчастсй, заделки раковин, сварки трубопроводов при укладке (нефтепроводы Баку—Батум), приварки фланцев и патрубков, сварки велосипедных рам, судов, рам фюзеляжей, метал, самолетов и так далее в самых разнообразных отраслях промышленности. “

В последнее время автогенную сварку успешно заменяет электрическая сварка различи, способами: дуговая эл. сварка (способ Бернадоса, Славяно-ва, Кьельберга, Штроменгера и др. — образованием эл. вольтовой дуги между стенками шва металла и угольным, или металлич., или покрытым флюсами электродом, причем выделяется большое колич. тепла и высокая 1°, свыше 3.00СР, расплавляющая металл стенок шва и подводимой сварочной проволоки); эл. сварка встык методом сопротивления или оплавления (спос. Томсона и лр. — проходящий через свариваемые куски эл. ток в месте шва встречает большое сопротивление, быстро накаливает и плавит частицы металла, которые сдавливаются механизмом сварочной машины и моментально соединяются в сплошной кусок, при одноврем. выключении тока, после чего шов остывает); точечная, или пунктирная эл. сварка (прерывистое действие зажимов, пропускающих ток, механизмом сварочной машины дает местную сварку в стык по точкам нажатия электродов); шовная эл. сварка (при непрерывном по-ступ. движении сварив, изделий между прижимаемых механизмом с в машины роликов-электродов производит узкую полоску сварки в стык).

Иногда применяется т. н. термитная сварка, предл. Гольдшмитом, когда для нагревания кромок спариваемого шва пользуются массой — термитом (см)., состоят, из 1 вес. части порошка метал, алюминия и 3 пес. частей порошка железных опилок. Зажженная спичкой или раскален, прутком железа, масса продолжает гореть сама, причем окись железа распадается на металл, железо и кислород, соединяют, с алюм. в окись (корунд): Fea03 -J- 2А1= 2Fe -J- А1я03. Выделяющимся теплом (810 кал. на 1 килограмм термита) железо и шлаки нагреваются до 3.000°. Эта расплавл. перегретая масса, выливаясь в опред. колич. на шов, доводит стенки шва до t° сварки и соединяет их в сплошную металл, массу. Применяется для сварки трамв. рельсов, пароходн. валов и других ремонтных работ.

Литература: «Труды Всесоюзи. ком. поавтог. делу“4, ИЗО; «Проект общесоюзи. стандЛ вып. 3, сварка, 1031; „Автогенная обработка металлов в СССР-» Совет съездов хим. промышленности, 1027; Ц. Цемке, „Автогенная св. и р.“, 1924; Гран-жом, Дегренж и Пиетт, „Автогенная св., ее принципы, способы применения, материалы и аппаратура“, 1927; Гранжон, Дегренж и Роземберг, «Выбор и оборудование кислор.-ацетнлен. установок““, 1927; Р. Гранжон, „Как научиться автогенн. св. металлов“, 1927; его же, „Р. железа и стали кислород», струей“, 1927; Д. Гузевич, „Как удешевить и ускорить автогенн. св.“, 1928; //. Воскресенский, „Обработка металл, давлением и сварка“, 1927; В. Курбатов, „Самосварка и разные способы сил. металл.“, 1919; Э. Прегер, „Обработка металлов“, ч. II, „Ковка и сварка“; А. Бриткин, „Оборудование мастерских для ремонта тракторов“, 1920; Т. Kautny, „Autogenous Welding & Cutting“, L., 1927; R, Hart, „Welding and Cutting“, L., 1927, 2 изд.; В. Viall, „Gas Torch and thermit Welding“, 1927; P. Schimpke and H. Horn, „Prakt. Ilandbuch der gesamten Schwelsstechnik, I, Autogenc Schweiss- und Schneidetechnik“, B., 1924 (есть русск. nep., 1927); P. Schimpke, „Die neueren Schweiesverfahren“, B., 1926 (есть русск. пер., 1927); A. Bothe, „Das Kupferschweissverfahren“, B., 1925; Г. Kagerer, „Das autogene Schweissen und Schnciden init Sauerstoff“, B., 1923;£ S. Miller, „Oxyacefylene Welding and Cutting Equipment“, Machinery, 1915, окт., N.-Y; егоже, „Oxyacctylene Welding practice“, Machinery, 1916, янв.; его же, „Oxyacetylene Welding of aluminium“, 1916, февр. По электросварке:

И. Аммосов, „Электросварка, изготовл. машин, работа и обуч.“, 1926; В. Войшвилло, „Дуговая электросварка“, 1927; II. Шимпке и Э. Миткевич, „Автогенная сварка. I ч. Дуговая эл. сварка“, 1927; А. Огиевский, „Электрич. сварка металлов“, 1930; Я. Энслен, „Сварка“, I и II ч., 1927; С. Holslag, „Arc welding handbook“, 1927; E. Viall, „Electric welding“, L., 1927. Журнал ы: «Сварочный вестник“, „Сварочное дело“, „Autogene Metallbearbei-tung“,V „Die Schmclzschweissung“; „Elektro-thermit Mitteilungen“, „Schweissung und Technische Gaze“, „Journal de I’actftylfcne“, „La Fondure autogSne“, „Revue de la fondure autogdne“, „Revue g£n£rale de l’acdtylfcne“, „Acetylene Journal“, „Journal of the American Welding Society“, „Oxyacetylene Tips“, „The Welding Engineer“, „Acetylene“, „Acetylene and Welding Journal“, „The Welding Journal“, „La Solda-dure autogena“. A BpUltlKUH.