Текст
ГУ УЗ НАРКОМТЕКСТИЛЬ СССР
МОСКОВСКИЙ ТЕКСТИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛОВ
Доцент Я. Л. КЛЯЧКИН
кандидат технических наук
КРАТКИЙ
КУРС СВАРКИ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ИЗДАНИЕ МОСКОВСКОГО ТЕКСТИЛЬНОГО ИНСТИТУТА
МОСКВА
19 4 1
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие.................................................. Ч
Введение .................................................... 5
I часть
Глава I. Общая............................................... 7
I. Классификация видов сварки IV. Расположение швов по отноше-
II. Классификация видов соеди- нию к действующим нагрузкам
нений и швов V. Расположение швов в прост-
III. Очертания швов ранстве
Глава II. Газовая сварка.................................... 18
I. Горючие газы
II. Ацетиленовые генераторы
III. Растворенный ацетилен
IV. Кислород
V. Редукторы
VI. Горелки для сварки
VII. Пламя (ацетилено-кислородное)
VIII. Обратный удар и защита от
него
IX. Технология и техника газовой
сварки
а) Мощность горелки б) Пламя
(состав) в).Присадочный ма-
териал г) Процесс и спосо-
бы газовой сварки д) Произ-
водительность газовой
сварки
Глава III. Газовая резка................................... 47
а) Необходимые условия б) Резаки в) Производительность
Питание газосварочных постов газом
II часть
Глава IV. Электродуговая сварка.......................... 58
I. Вольтова дуга и ^питание ее
током
II. Зажигание вольтовой дуги
III. Генераторы постоянного тока
IV. Род тока и многопостовая
сварка
V. Питание вольтовой дуги пере-
менным током
VI. Автоматические головки
VII. Размещение оборудования и
VIII. Металлургия сварки
IX. Технология и техника ведения
дуговой сварки
X. Выбор силы тока
XI. Угол наклона и путь электрода
XII. Покрытие электродов обмазки
XIII. Значение полярности при
сварке
XIV. Производительность дуговой
сварки
коммутация тока
Глава V. Коробление, внутренние напряжения при сварке как
результат термического эффекта......................... 93
Глава VI. Сварка спецстали и чугуна......................... 96
Глава VII. Сварка цветных металлов..........................101
Глава VIII. Другие способы дуговой электросварки............103
Глава IX. Приемы стахановских методов дуговой сварки .... 106
Глава X. Контактная сварка..................................108
I. Стыковая сварка II. Точечная сварка III. Шовная (роликовая)
сварка
Глава XI. Методы контроля качества сварных соединений и швов 121
Глава XII. Техника безопасности при сварке..................125
Ответственный редактор Б. Е. Эфрос
Л114215. Зн. в печ. листе 48,600. Печ. листов Авт. листов 10.
________Подписано к печати 18/V 1941 г. Заказ 470. Тираж 350.____
Типография. Москва, Малая Дмитровка, 6.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящий труд представляет собою расширенный конспект лекций,
читаемых автором на механическом ф-те Московского текстильного ин-та
и МИХМе в качецтве раздела „Сварка металлов" курса лТехнология
металлов44 (по программе, утвержденной ВКВШ).
Следовательно, этот раздел предусматривает ознакомление студентов
с основными данными по сварке, необходимыми для каждого инженера-
механика.
Отсутствие учебников, охватывающих в одной книге все вопросы
читаемого курса, понудило нас к изданию данного труда.
Полагаем, что настоящий „Краткий курс сварки" значительно по-
может студентам нашего Ин-та, а также других втузов не сварочной
специальности, освоить читаемый курс, не обращаясь к другим допол-
нительным учебникам по различным разделам курса сварки. Однако, в
силу своего небольшого объема весь материал данного труда представ-
лен сжато.
Для получения более широких понятий, придется прибегнуть по
каждому отдельному вопросу к соответствующим для каждого вида сварки
учебнику, список которых приложен в библиографии. Такое сжатое из-
ложение курса при небольшом количестве иллюстраций представляет
определенную трудность и, следовательно, не исключено наличие недо-
статков, за указание на которые автор заранее приносит благодарность.
Москва, декабрь, 1940 I.
Автор.
ВВЕДЕНИЕ
Сварочное дело в СССР полный размах своего развития получило
в 1937 г., т. е. тогда, когда широко стали применять электродуговую
сварку не только на строительствах наших гигантов, как то: Магнито-
горск, Сталиногорск, Азовсталь и т. ц., но и на заводах крупной про-
мышленности с новыми технологическими процессами. Естественно
электродуговую сварку включили в этот процесс как элемент, дающий
огромный экономический эффект.
Особенно сварка развилась после исторического постановления
Совета Труда и Обороны СССР от 27 сентября 1934 г., предусматрива-
ющего максимальное внедрение сварки во всех отраслях промышленности,
взамен клепаных и частично литых конструкций.
До 1927 г. в СССР преобладала газовая сварка, дающая при из-
готовлении новых конструкций меньший экономический и технический
эффект. К этому времени относится применение небольшого объема
электросварки, главным образом выполняемого на> иностранном обо-
рудовании.
По мере развития отечественного оборудования, электросварка
(дуговая) вытеснила газовую сварку при изготовлении конструкций из
малоуглеродистой, специальной кислотоупорной и жароупорной стали.
В настоящий момент, газовая сварка имеет преимущество перед дуговой
электросваркой лишь в ремонтном деле, при сварке цветных металлов и
чугуна, что особенно важно в ремонте текстильных машин.
За последнее время целый ряд научно-исследовательских работ ука-
зывает на положительное проведение электродуговой сварки цветных
металлов и чугуна. Ниже этот момент будет освещен шире.
Преимущества дуговой сварки перед другими видами соединений
заключается в том, что электродуговая сварка дает по сравнению с ними
экономию как в материале, так и во времени, и, следовательно, в общей
суммарной стоимости конструкций. Для соединения двух листов стали
в стык при заклепочном соединении требуется: вспомогательная на-
кладка, разметка в листах отверстий, тоже в накладке и, наконец, свер-
ловка или колка этих отверстий с дальнейшей вставкой заклепок и
расклепкой их. При сварке, все эти операции отпадают и остаются
лишь: 1) подготовка кромок перед сваркой и 2) сварка, т. е. заполне-
ние подготовленных кромок расплавленным металлом электрода.
5
При сварном соединении получается экономия в металле накладки,
и основном металле за счет возможности уменьшения расчетной тол-
щины листов, не ослабленных отверстиями под заклепки. Помимо этого,
процесс изготовления конструкций сильно сокращается, так как целый
ряд перечисленных выше операций отпадает. В результате применения
дуговой сварки на решетчатых конструкциях, экономия в весе металла
составляет 15 — 17% от веса последних. Для сплошных конструкций
экономия металла выражается 12—15%%. Сварка также вытесняет
литье (индивидуальное), давая в этом случае для чугунного литья эко-
номию 30—40% от веса отливки, а для стального литья—20—25%.
Вышеуказанные обстоятельства привели к тому, что в настоящий мо-
мент нет такой отрасли промышленности, где бы не применялась сварка.
Особое значение имеет сварка в химическом аппаратостроении и ре-
монте деталей текстильных машин в виде наплавки изношенных частей,
восстановлений поломанных и изготовлений новых.
В настоящее время, плавлением главным образом свариваются
„однородные14 металлы, а давлением могут свариваться различные ме-
таллы.
ЧАСТЬ I
ГЛАВА I—ОБЩАЯ
I. Классификация видов сварки
Сваркой называется процесс неразъемного соединения двух или
нескольких деталей, при котором места соединения доведены до темпе-
ратуры плавления или тестообразного состояния, с применением внеш-
них усилий и без применения. Характеризуется сварка процессом вза-
имной кристаллизации металла шва и изделия.
Классификация видов сварки представлена таблицей № 1. Из класси-
фикации следует, что она разбита на 4 класса, отличные друг от друга
источником тепла, доводящего металл до сварочного состояния, т. е.
а) .горновая сварка имеет источником тепла уголь или нефть,
сгорающие в горне. При этом способе металл доводится до тестообраз-
ною состояния и сварка осуществляется давлением (кузнечная сварка).
б) Газовая сварка имеет источником тепла указанные в этой
подгруппе газы, сгорающие в специальном приборе (горелке) в смеси
с чистым кислородом или кислородом воздуха.
в) Электрическая сварка имеет источником тепла эле-
ктрическую энергию, которая используется в виде тепла вольтовой дуги
(дуговая) и тепла, развиваемого при прохождении тока через проводник
(сопротивлением). Дуговая сварка имеет 3 разновидности. Именно:
а) угольным электродом, б) металлическим электродом и в) двумя уголь-
ными электродами (независимая дуговая). Сварка угольным электродом
была предложена в 1881 году инж. Бенардосом и представлена
рис. 1. Здесь вольтова дуга образуется между угольным или графитовым
электродом и изделием, доводя последний до плавления. Присадочным
(дополнительным) металлом служит проволока, вводимая со стороны.
Этот способ, требующий участия обеих рук сварщика, широкого приме-
нил не получил. Сварка металлическим электродом была предложена
в 1890 году инж. Славяновым и представлена рис. 2. Здесь
угольный электрод заменен металлическим, а вольтова дуга обра-
зуется между металлическим электродом и изделием. Присадочным ме-
таллом служит сам электрод. Благодаря удобству этого вида сварки и
7
Таблица 1.
К,пассис±>икааиЯ tfudofi cSctpku.
Рис. 1. Схема электродуговой сварки угольным электродом
по Бенардосу.
высокой температуре (порядка 7000°С), оп получил самое широкое
применение. К этому способу сварки относятся все те преимущества,
о которых речь шла во введении.
Рис. 2. Схема злектродуговой сварки металлическим электродом по
Славянову.
Принцип сварки независимой дугой представлен рис. 3, из пего
следует, что вольтова дуга образуется между двумя угольными электро-
дами. Присадочный металл вводится со стороны. Помещенный между
электродами ма1нит создаст магнитное поле, выдувающее вольтову дугу,
придавая ей форму устремленного пламени. Благодаря большому весу
горелки и неудобству сварки этот способ не получил широкого примс-
9
нения. Предложен этот способ инж. Церспсром. Ток, питающий вольтову
дугу, не зависит от изделия и поэтому этот способ называется сваркой
независимой дугой.
Рис. 3. Схема электродуговой сварки по Церенеру.
1, 3—Угольные электроды. 2—Электромагнит. 4—Присадочный материал.
5—Изделие.
Принцип сварки сопротивлением представлен рис. 4 и заключается
в том, что через две детали пропускается ток от понизительного транс-
форматора. Детали зажаты в специальном приспособлении, позволяющем
им сближаться и в месте стыка образовать давление. Таким образом при
пропускании тока, последний встретит на своем
пути сопротивление контактов приспособления
(меньшее) и большое сопротивление в стыке
(контакте) свариваемых деталей. Стык пачнет
сильно разогреваться согласно известному закону
Джоуля и Ленца, т. е.
Q = 0,238 I2Rt (1)
При нагреве контакта до сварочного состо-
яния ток выключается и производится сильное
сжатие (давление)—этим завершается сварка.
Одной из разновидностей этого способа сварки
является сварка с оплавлением. При сварке
сопротивлением с оплавлением процесс заклю-
Рис. 4. Схема элек-
трической сварки со-
противлением.
чается в том, что предварительно замыкают и размыкают контакт
между деталями, вызывая этим ряд вольтовых дуг, которые оплавляют
торца свариваемых деталей.
2) Термитная сварка имеет источником тепла результат
химической реакции восстановления окись-закиси железа—алюминием,
т. е. реакции Гольдшмидта.
3Fe304 + 8Al = 4А1203 + 9Fe + 783,6 kal (2)
Реакция эта экзотермическая и развивает температуру порядка
3600—4000°. Термитная сварка имеет 3 основных способа:
1й способ—сварка в притык — он уподоблен сварке сопроти-
влением (отличается лишь источником тепла) и представлен рис. 5.
В специальном тигле производят зажигание термита, представляющего
порошок в виде механической смеси окислов железа и алюминия. Тем-
Рис. 5. Схема термитной сварки по способу в притык,
пература зажигания термита равна 1300°, поэтому для образования
реакции применяют специальный запал. Термит, зажженный в одной
точке, распространяет горение по всей своей массе. В результате про-
шедшей реакции в тигле, на дне, будет находиться металл (железо),
а на верху, в силу меньшего удельного веса—шлак.
Заформовав свариваемый стык, опрокидыванием тигля выливают
в формы, первоначально шлак, а затем металл. Благодаря высокой тем-
пературе термитного металла и шлака, в стыке произойдет разогрев до
сварочного состояния. Последующим давлением завершается сварка. Пе-
ред заливкой форм торцы свариваемых деталей должны быть тщательно
зачищены и сильно сжаты (Применяют переносные пресса).
2-й способ носит название промежуточного литья и
представлен рис. 6. Здесь имеет место образование зазора между свари-
ваемыми деталями до заформовкн их. В этом случае применяется тигель,
позволяющий выпускать содержимое его через дно. Следовательно, при
открывании запорного устройства на дне в первую очередь будет выте-
кать из тигля термитный металл, который заполнит форму и в ней зазор
между свариваемыми деталями, доводя торцы последних до плавления.
Вытекающий вслед за металлом шлак либо сливается в сторону, либо в
специальную камеру в формах. При остывании термитного металла, послед-
ний прочно соединяется со свариваемыми деталями.
Зй способ носит название „комбинированного* (рис. 7)
и совмещает оба предыдущих способа, т. о. свариваемые детали, главным
образом рельсы, устанавливаются таким образом, что в нижней своей
части образуется зазор (специальный вырез шейки и подошвы рельса),
11
а в верхней имеет место плотное соединение. Выпущенные из коничес-
кого тигля металл и шлак занимают в форме места, указанные на
рис. 7. После заливки форм производят сжатие, при котором головки
рельс свариваются способом в притык, а шейка и подошва способом
Рис. 6. Схема термитной сварки по способу промежу-
точного литья.
промежуточного литья. Наиболее дешевым способом и пригодным для
промышленного применения—особенно при сварке больших сечений —
является способ промежуточного литья. Прочие способы применяются
только на транспорте и в этом случае 3-й способ является более де-
шевым, чем первый. Объясняется это тем, что нет надобности тщательно
фрезеровать весь торец рельса.
Рис. 7. Схема термитной сварки по комбинированному способу.
За последнее время комиссией терминологии Техн. Отд. Акад.
Наук СССР была разработана новая классификация сварки, которая
предусматривает разбивку по энергетическому признаку, так например:
газовая сварка отнесена к химической сварке и т. д. Эта классифика-
ция находится сейчас на отзыве в промышленности и, после внесения
поправок, будет подставлена на утверждение как проект ГОСТ.
12
II. Классификация видов соединения и швов
В сварочной технике приняты нижеследующие виды соединения:
1) стыковые, 2) в нахлестку, 3) Т-образные или тавровые и
4) угловые.
В зависимости от толщины свариваемых деталей, для лучшего
провара всей толщины требуется специальная подготовка кромок. На
рис. 8 представлены швы и подготовка кромок для сварки в стык. II»
Рис. 8. Виды подготовки кромок и швов при дуговой
и газовой сварке в стык.
рисунка ясно, какова должна быть подготовка. Следует указать, что
применяя X-образную подготовку, можно сэкономить большое количество
наплавляемого металла по сравнению с V-образной подготовкой. Именно:
при одинаковых углах скоса площадь’поперечного сечения V-образной
13
подготовки в два раза больше, чем при Х-образной подготовке. Сказан-
ное ясно иллюстрируется рис. 9, где площадь АВС соответствует
V-образной подготовке и АЕДВ — Х-образной. Однако, при толщинах
меньше 13 мм по технологическим соображениям применять Х-об-
разную подготовку не следует» Что-же касается листов выше 13 мм
толщиной, то здесь по мере возможности следует ее применять. На
рис. 8 справа показано сваренное соединение, а слева подготовка листов
под сварку. Толщины листов до 1,5 мм не требуют дополнительного металла
шва и последний получается от сплавления специально отбортованных
кромок 1. От 2 до 6 'мм специальной подготовки не делают, лишь уста-
навливают определенный зазор в 1,5 — 2 мм поз. 2й. От 6 до 13 мм подго-
товка кромок делается V-образной с различным углом скоса, причем скос мо-
жет быть односторонний „3“ и двухсторонний „4“, „7“. То же выше 13 мм,
но здесь подготовка Х-образная поз. „6“ и „8“. В СССР чаще при-
меняют суммарный угол скоса в 70°.
Следует указать, что чем мень-
ше угол скоса, тем меньше затра-
чивается наплавленного металла,
однако при этом ухудшается воз-
можность провара всей толщины
листа. Швы в соединениях бывают
с подваркой обратной стороны и
без таковой. Необходимость подварки
определяется техническими усло-
виями на сварку того или иного
изделия.
Рис. 9. Схема экономии металла
при Х-образной подготовке.
Далее, на рис. 10 показано соединение в нахлестку гнутое, которое
чаще применяется прямым, т. е. между действующими усилиями за счет
толщины листов получается некоторый эксцентриситет, стремящийся
изогнуть соединение, однако практически, им пренебрегают. Величина
перекрытия принимается рав-
ной 3—5 S, где S—металл
большой толщины в мм. На
рис. 11 показано тавровое
Рис. 10. Вид 'сварного соедине-
ния в нахлестку.
соединение или Т-образное.
Здесь одна деталь по отно-
шению к другой расположена
под прямым углом. Правило скоса кромок остается здесь таким же, как и
для сварки в стыв, однако он будет только односторонним и сле-
довательно необходимо его делать максимальным, т. е. в 45°.
На рис. 12 представлено вспомогательное соединение в виде
электрозаклепки. Здесь детали соединяются в нахлестку или накладку
и в верхнем листе сверлится (с последующей раззенковкой) отверстие,
которое заплавляется металлом электрода, однако таким образом, чтобы
одновременно в основании отверстия соединяться с нижележащим лис-
14
том образуя в этом месте одно целое. Диаметр отверстия принимается
в 2,5—^3 толщины верхнего листа. Такое соединение в практике на-
зывают пробочным.
Рис. 12. Вид сварной электро-
заклепки (пробочное соединение).
Рис. 11. Вид таврового сварного
соединения.
III. Очертание швов
По очертанию швы в их поперечном сечении (рис. 13), последние
различаются: 1) нормальными, 2) усиленными и 3) ослабленными.
Нормальный шов „а“ рис. 13 представляет собою правильный
равнобокий треугольник с критическим (расчетным) сечением, равным
высоте этого треугольника BD = h, т. е. для таврового соединения рав-
ный 0,7 S, где S—толщина металла, равная в свою очередь катету
АВ—ВС. Для стыкового нормального шва критическое сечение равно
толщине металла (как линия наименьшего геометрического размера)
потому, что высота треугольника именно будет толщиной металла.
Рис. 13. Формы тавровых швов в поперечном сечении.
Усиленный шов „б“ рис. 13 имеет критическое сечение, равное
катету АВ—ВС и равное следовательно толщине металла. Для стыковых
соединений величина усиления (см. рис. 8) принимается равной 0,15-4-
0.2 S, и тогда критическое сечение получается равным 1,154—1,2 S.
15
Ослабленный шов „в“ (рис. 13) имеет вогнутую форму и критическое
сечение его определяется как 0,5 S. Применяется такой шов редко и
чаще заменяется нормальным швом с уменьшенным (именно 0,5 S)
критическим сечением и тогда пет надобности наплавлять не участву-
ющие в работе острые углы А и С вогнутой сферы.
IV. Расположение швов по отношению к действующим
нагрузкам
В зависимости от расположения шва к направлению приложенного
усилия, различают: лобовые, фланговые и косые швы. Рис. 14.
.Лобовой шов
Рис. 14. Расположение швов по отношению
к действующим нагрузкам.
Лобовым называется шов, расположенный перпендикулярно к на-
правлению действующей нагрузки и рассчитывается на растяжение и
сжатие Фланговый шов расположен параллельно направлению дей-
ствующей нагрузки и рассчитывается на срезывание. Косой шов рас-
положен под углом к направлению действующей нагрузки и рассчиты-
ваетя в зависимости от величины угла, т. е. при угле более 45°,—как
лобовой, менее,—как фланговый.
16
Элемеитарпып]расчет длины шва производится по формуле:
где: L — длина шва в см.
Р — приложенная нагрузка в кг.
С — критическое сечение шва, равное при нормально-тавровом —
0,7 S и S при стыковом соединении.
R—допускаемое напряжение в кг/см2, принимаемое в зависимости
от характера работы шва и качества электродного материала.
Для работы при голых электродах и статической нагрузке до-
пускаемые напряжения по EHCII принимаются:
на сжатие — 1200 кг/см2;
па растяжение — 1000 кг/см2;
па срезывание — 720 кг/см2.
Применяя качественные электроды, допускаемые напряжения мо-
гут быть приняты равными таким же напряжениям, как и для основ-
ного металла.
Швы могут быть непрерывными и прерывистыми. При прерывистых
gpLx рекомендуется длину шва принимать в 100—150 мм, а расстоя-
е между швами 200—350 мм. Однако, лучшие результаты полу-
аются при замене прерывистого шва—сплошным, но с уменьшенным
ртетом.
V. Расположение швов в пространстве (см. рис. 15)
При выполнении швов, расположенных па различных плоскостях
в пространстве, различают:
Ни мни и шоо Горизонтальной
шов
Рис. 15. Наименование швов, расположенных различное мувютамстае.
2 Краткий курс сварки 17
а) Нижние Швы, т. е. швы, расположенные па горизонтальной
плоскости. При этом, стекание электродного материала происходит
сверху вниз.
б) Горизонтальные швы, т. е. швы, расположенные гори-
зонтально на вертикальной плоскости. Иногда эти швы также называют
вертикальными.
в) Вертикальные швы, т. с. швы, расположенные по верти-
кали на вертикальной плоскости или швы, расположенные в любом на-
правлении па вертикальной плоскости.
г) Потолочные швы, т. е. швы, расположенные па горизон-
тальной плоскости, но в отличие от нижних швов, здесь электродный
металл стекает снизу вверх, т. е. выполнение шва протекает над голо-
вой сварщика. Эти швы являются по выполнению самыми трудными
и для каждой конструкции ограничиваются по количеству.
ГЛАВА II. ГАЗОВАЯ СВАРКА
I. Горючие газы
Согласно предыдущего, для целей газовой сварки применяются
в качестве горючего газы, указанные в таблице 1. Пригодность при-
менения того или иного газа определяется так называемым термичес-
ким коэфициентом полезного действия пламени, определяемого по формуле:
где: ^2 — термический КПД.
Тп — температура пламени.
Тм — температура плавления свариваемого металла.
Наибольший термический КПД из всех указанных газрв, дает ацети-
лен—равный для стали 0,71 и бензин-бензол—0,44. Широкое приме-
нение для целей сварки получил ацетилен, а для резки, ацетилен и
бензин-бензол. За последнее время, начинает получать применения
для целей резки керосин. Ниже дается краткая характеристика ука-
занных в таблице 1 газов и несколько подробнее данные по ацети-
лену.
Светильный газ. Газ, получаемый в результате сухой пере-
гонки каменного угля, по химическому составу является смесью газов
Н2, СО, и т. п. В смеси с чистым кислородом дает пламя с темпера-
турой 1800°С. Термический КДП равен 0,21 (по отношению к стали) и
поэтому пригоден лишь для сварки небольших толщин.
18
Бензин-бензол. Жидкое горючее, которое при сварке паро-
образуется в горелке и в смеси с чистым кислородом дает температуру
пламени 2700°С. Формула C6HG. Термический КПД—0,44. Несмотря на
высокий КПД, при наличии в горелке подогревателя, парообразующего
бензин для целей сварки, мало применим из-за трудности регулировки
нейтрального пламени. Дли резки имеет широкое применение.
Блаугаз. Газ по имени инж. Блау.
Состав газа представляет собой смесь предельных (Сп Н2П + 2) и
непредельных (СПН2П) углеводородов, полученных при перегонке нефти.
При повышении давления выше 10 атм сжижается и в таком виде
транспортируется. В смеси с чистым кислородом дает пламя с темпера-
турой 2300°С. Термический КПД к стали равен 0,35.
Несмотря на такую высокую температуру и КПД, блаугаз мало
применяется в СССР. Причина заключается в том, что при расходе
газа из баллонов, в момент испарения газа, состав его меняется из-за
различных точек кипения его составляющих.
Водород является первым газом, который стал применяться
для целей сварки. Водород в промышленных установках получается пу-
тем электролиза воды. В смеси с кислородом водород дает пламя с тем-
пературой 2000°С. Термический КПД к стали равен 0,36, транспор-
тируется в баллонах. Благодаря преимуществам ацетилена последний
вытесняет водород для газовой сварки.
Водяной газ получается при пропускании водяного пара
через раскаленный уголь, кокс и т. п. Газ представляет смесь Н2 и СО
(и другие примеси). Для целей сварки в смеси с кислородом воздуха
дает температуру пламени 1800°С. Термический КПД к стали равен 2,1.
Благодаря низким своим показателям и трудности при транспортировке,
имеет малое применение. Возможен для сварки в тестообразном состоя-
нии с проковкой.
Ацетилен
Газ, который получил самое широкое применение при газовой
сварке. Температура пламени при смеси с чистым кислородом равна
3400 —3600°С. Термический КПД к стали равен 0,71. Формула аце-
тилена С2Н2.
Ацетилен бесцветен, но с сильным запахом сероводорода и эфира.
Удельный вес при 15° и 1 атм. равен 1,17. При повышении темпе-
ратуры выше 57° и давлении выше 2 атм ацетилен взрывоопасен.
Поэтому предельным давлением для газообразного ацетилена принято
1,5 атм.
2* 19
Ацетилен получается в результате разложения карбида кальция
водой. Реакция протекает согласно уравнению:
СаСа + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2 (5)
Ф Ф
ацетилен-(-гаш. известь.
Карбид кальция представляет собою зерна различной грануляции,
полученные путем дробления. Карбид кальция получается путем прока-
ливания извести и угля (антрацит, кокс и т. и.) в электрических пе-
чах, реакция протекает следующим образом:
СаО-[-ЗС = СаС2 + СО (6)
Размер зерен карбида влияет на скорость разложения последнего,
т. е. чем меньше зерно, тем скорость разложения большая, см. рис. 16
и, следовательно, в единицу времени получается больше газа.
Рис. 16. Кривые скорости разложения карбида
кальция в зависимости от его грануляции.
Теоретически, 1 кг карбида кальция согласно уравнению (5) даст
345 литров ацетилена. Однако, благодаря загрязнениям в торговом кар-
20
биде, практически получается 250 литров ацетилена на 1 кг карбида.
Поэтому же, в полученном ацетилене имеются вредные примеси в виде
фосфористого водорода РН3, сероводорода H2S и аммиака NH3.
От последних двух примесей легко избавиться путем промывки их
водою. От РН3, наиболее трудно удаляемом, применяют химические
очистцтели. В качестве очистителя в СССР применяют массу, которая
называется „Гератоль44.
В основном эта масса состоит из хромпика (СгО8), разбавленного
серной кислотой и смешанного с инфузорной землей. Активным здесь
является СгО3, т. е. реакция очистки происходит по уравнению
6РН3 + 16СгО3 = ЗР2Об + 8Сг2О3 + 9Н2О (7)
Получается ацетилен, в специальных генераторах.
II. Ацетиленовые генераторы
По принципу действия генераторы делятся на 1) „вода на кар-
бид*, 2) „карбид на воду44 и 3) „вытеснение" (или контактный).
Далее, генераторы делятся по давлению:
1) генераторы низкого давления, т. е. до 500 мм вод. ст.
2) генераторы среднего давления, т. е. до 3000 мм вод. ст.
3) генераторы высокого давления, т. е. до 15000 мм вод. ст.
Следовательно, максимальное давление составляет 1,5 атм.
По производительности генераторы делятся на стационарные
с большой производительностью и переносные малой производительности,
т. е. до 2000 литр/час.
А. Генераторы системы „Вода на карбид44. Принцип
такого генератора основан на попадании воды в камеру, где хранится
карбид. На рис. 17 представлен стационарный генератор типа СТВК,
изготовляемый в СССР. Установка состоит из:
1) Собственно генератора „А44, т. е. аппарата, в котором будет
происходить разложение карбида.
2) Газгольдера „Б44.
3) Химического очистителя „В*.
4) Водяного затвора „Д“.
5) Регулятора давления „Г".
Генератор „А* состоит из кожуха, в котором размещены две ка-
меры „2“ со вставленными ретортами (ящики для закладки карбида).
Так как реакция разложения карбида кальция водой является экзо-
термической, то во избежание перегрева газа выше 57° камеры необхо-
димо охлаждать. Как видно из рис. 17 камеры окружены водою и, сле-
довательно, охлаждаются. Расход воды на разложение 1 кг карбида каль-
ция составляет от 10 до 20 литров, в то время как по реакции тре-
буется лишь 5,63 литра. Установленные две реторты позволяют непре-
рывно получать ацетилен, так как по мере работы одной камеры, вторая ф
21
Рис. 17. Стационарный ацетиленовый генератор системы „Вода на
карбид* тип СТВК.
заряжается, т. о. выгребается ил (гаш. известь) и закладывается повая
порция карбида. Единовременная загрузка карбида составляет: для пере-
носных генераторов до 2 кг и для стационарных от 10 кг и выше.
Сама реторта (рис. 18) имеет _____ - ,
перегородки для постепенного раз-
ложения карбида кальция, т. е. во-
да в них поступает ступенчато.
Работа генератора протекает
следующим образом.* вода из водо-
провода по трубе поступает
к крану питающего реторты. При
открывании крана вода заполняет
нужную реторту. Образовавшийся
ацетилен по трубе „9“ попадает
в нижнюю часть газгольдера, про-
ходит через воду (очищаясь одно-
временно от H2S и NH3) и соби-
рается в объеме »Б“ газгольдера,
откуда по трубопроводу аце-
тилен первоначально попадает в
очиститель, затем в регулятор дав-
ления и через водяной затвор в ма-
гистраль питающую сварочные посты.
При малом расходе, скапливающийся
Рис. 18. Реторты для зарядки
генератора карбидом кальция.
в объеме „Б“ ацетилен давит на
воду нижнего сосуда газгольдера, вытесняя последнюю через корпус
генератора в верхний сосуд „7а. Таким образом, газгольдер представ-
ляет собою сообщающиеся через генератор сосуды, и в нем, в зависи-
мости от расхода газа, циркулирует вода, охлаждая реторты. На пути
водопровода стоит поплавковый регулятор, действующий в зависи-
мости от давления газа в газгольдере. Эти генераторы строятся на про-
изводительность от 1,5 до 32 м3/час.
Генератор системы „Карбид на воду“
Принцип работы этого генератора заключается в том, что в сосуд
с водой засыпаются зерна карбида, последний разлагаясь образует аце-
тилен, который собирается в газгольдере. На рис. 19 представлен ста-
ционарный генератор типа СТКВ, изготовляемый в СССР.
Загруженный бадьей карбид кальция попадает в бункер и через
питатель на конус, с которого отдельными зернами попадает на решетку.
Здесь происходит разложение его.
Образовавшийся ацетилен, пройдя слой воды в генераторе А, по трубе
поступает в очиститель Д, где дополнительно проходит через воду, осво-
бождаясь от N2S и NH3. Из промывки ацетилен по трубопроводу попа-
дает в газгольдер Б, откуда через очиститель В и водяной^затвор Г в сеть
Для питания сварочных постов. Газгольдер представляет собою налитый
23
kJ Л1Г ’
Г— хтШ-
Рис. 19. Стационарный ацетиленовый генератор типа СТКВ.
А—Генератор (основной). Е—Генератор (вспомогательный). Д—Очисти-
тель—затвор. Б—Газгольдер. В—Химический очиститель. Г—Водяной
затвор.
водой сосуд, в который вставлен обратной стороной в другой сосуд. По
мере скапливания в газгольдере ацетилена верхний сосуд поднимается,
увеличивая объем газгольдера. При подъеме, за предельное расстояние,
т, е. при отсутствии расхода ацетилена, приостанавливается работа пи-
тателя, так как последний связан с колоколом (верхний сосуд) цепью.
Скапливающийся ил спускается через клапан в специальную яму. При
описанной установке имеется вспомогательный генератор Е, который
дает первую порцию ацетилена при пуске основного генератора, вытес-
няя воздух.
Такие генераторы строятся на часовую производительность—от 5,0
до 90 м3 ацетилена.
Генератор системы вытеснения
Принцип работы этого генератора основан на непосредственном
контакте карбида кальция с водой, который разрывается по мере скоп-
ления газа в газгольдере самого генератора. Конструкция такого пере-
носного генератора типа „МВ“, ранее выпускавшегося в СССР, представ-
лена рис. 20. Здесь отъемная реторта „8“ загружается (в корзинку)
карбидом и затем вставляется в камеру „5“ корпуса генератора, в кото-
ром залита вода. При контакте с водой происходит образование ацети-
Рис. 20. Переносный ацетиленовый генератор системы
„Вытеснение* тип „МВ*.
25
лена, который скапливается в газгольдере—в данном случае реторте.
Затем, через вентиль „12й, отстойник „13й, очиститель „14“ и водя-
ной затвор „15“ (предохранитель) помощью резинового шланга, к го-
релке. При закрытом вентиле „12“ или „16“ по мере увеличения дав-
ления ацетилена в реторте, последний начинает вытеснять воду и
прерывает контакт карбида с водой, тем самым приостанавливает обра-
зование ацетилена. В настоящее время переносные генераторы указан-
ного типа МВ не строятся, а выпускаются более совершенные генера-
торы по способу „вода на карбид" типа „РА“ (рекорд) низкого давле-
ния на 1000—1500 литров/час и среднего давления типа МГ на
2000—2500 литр/час.
Единовременная загрузка карбида в этих генераторах составляет
4 и 5 кг. Плавающий колпак в генераторах низкого давления носит
название колокола.
Следует дополнительно заметить, что ацетилен взрывоопасен при
составе смеси с воздухом в пределах 2,8 до 6%.
Поэтому помещения, в которых будут находиться стационарные гене-
раторы (станции), необходимо хорошо вентилировать. То же относится и
к газосварочным мастерским.
Растворенный ацетилен (диссугаз)
Как указано было выше, ацетилен становится взрывоопасным при
повышении давления выше 2 атм. Следовательно, при необходимости
питания цехов ацетиленом и отсутствии генераторов, последний необхо-
димо транспортировать из центральной (городской) станции в баллонах.
Однако накачивать баллоны газообразным ацетиленом в пределах 2 атм.
бессмысленно, поэтому транспортировать ацетилен в баллонах необхо-
димо в растворенном виде. Ацетилен наилучшим образом растворяется
в ацетоне (СН3 С0СН3). Один литр технического ацетона при 15°С и
нормальном давлении растворяет 23 литра ацетилена. При изменении
температуры, растворимость ацетилена в ацетоне изменяется таким обра-
зом, что при повышении температуры растворимость падает, так, при
40°С растворимость его составляет 13 литров. Наливать баллоны аце-
тоном и в нем растворять ацетилен невыгодно и неудобно по той при-
чине, что, во первых, это небезопасно, а, во вторых, баллоны необходимо
было бы держать вертикально. Поэтому заполнение баллонов осущест-
вляется не в пустом баллоне, а заполненном пористой массой. В СССР
пористая масса состоит из активированного, мелко раздробленного дре-
весного угля. Чаще, масса состоит из смеси активированного угля и
инфузорной земли. Таким образом, ацетиленовый баллон рис. 21 запол-
нен пористой массой, которая пропитана ацетоном и в последнем раство-
рен ацетилен. Заполнение баллона пористой массой создает как бы целый
ряд мелких капиляров, в которых находится ацетон с растворенным
ацетиленом и если в какой-либо точке произойдет взрыв, то стенки пор
(капиляров) быстро отводят тепло, и тем самьш устраняется возмож-
26
пость распространения взрыва на весь баллон. Ацетиленовый баллон
имеет белую окраску с надписью „Ацетилен44 и нагнетается до давления
16 — 18 атм. Испытывается баллон при давлении 40 атм. Вес 40-литро-
вого баллона с газом 85—90 кг. Баллоны строятся на различную ем-
кость. Водяная емкость баллонов, широко применяющихся в СССР, со-
ставляет 40 литров.
Газовая емкость баллона определяется по формуле (8).
Vr.a. = K.P.VB y литров (8)
Где Vr. а.— газовая емкость баллона
К — коэф., учитывающий % % содержания в баллоне ацетона (по
объему)
Р — давление газа в атм.
Y — растворимость ацетилена в ацетоне при заданной температуре
VB — водяной объем баллона.
Обычно водяной объем баллона равен 40 литрам, а объем залитого
ацетона—35—40%.
Тогда формула (8) для температуры 15°С примет вид
Vr. а =0,4Р40 • 23 литров
или Vr. а. = 0,368 Р м3 (9)
что при давлении 16 атм. соответствует
Vr. а. = 0,368 • 16 = 5,888 или 6 м3
Практически при определении объема газа пренебрегают влиянием тем-
пературы и пользуются формулой (9).
Корпус баллона представляет собою сталь- []
ной цельнотянутый цилиндр, оканчивающийся Г~1
горловиной, в которую ввернут на конической Дм
резьбе вентиль.
Устройство вентиля показано на рис. 22.
Вентиль состоит, из корпуса со штуцером без
резьбы, гнездом для упорного болта хомутика
редуктора, шпинделя, ввертывающегося в корпус
па резьбе, оканчивающегося, с одной стороны,
квадратом (под торцевой ключ), а, с другой сто-
роны, эбонитовой прокладкой, которая при вра-
щении шпинделя по часовой стрелке садится на
седло (переходный канал) и тем самым запирает I
доступ ацетилена в выходное отверстие и, еле-
довательно, через редуктор к посту. На шпин-
дель одеты стальные кольца и между ними / Я
кожаные кольца сальниковой набивки, которые
прижимаются сальниковой буксой и тем самым
Устраняют при открытом вентиле доступ ацети- ж
лена в атмосферу. Помимо вышеуказанного, рис> 21. Устройство
во избежание попадания в горелку, вместе с аце- ацетиленового баллона.
27
тиленом—ацетона, при входе в вентиль устанавливается между двумя
проволочными сетками фильтр, который крепится проволочным кольцом.
В выходное отверстие, для большей плотности прилегания редук-
тора, вставляется кожаная прокладка. Открывается вентиль торцовым
ключом, одеваемым на квадрат шпинделя через отверстие в буксовой
( СодЬникЬВая
г?-
। potkrtikd
[салЬникр
\ Прокладка
| Краба ложная
i хетка
Продалака
ШпинделЬ
Збанит
ФилЬгпр
Корпус
кольцо
Рис. 22. Устройство вентиля ацетиленового
баллона.
гайке. Этот же ключ служит для притягивания редуктора к вентилю,
помощью винта хомутика.
При питании сварочного поста ацетиленом из баллонов, последний
называется постом высокого давления.
IV. Кислород
По своим физическим свойствам 02 является газом без цвета, за-
паха и вкуса. Удельный вес 02 при 15°С и 760 мм рт. ст. давления
равен 1,35. При 0° и том же давлении вес 1 м3—02 равен 1,42 кг.
Благодаря свойству О2 поддерживать и усиливать горение, он
имеет широкое применение в сварочной технике. Из всего количества
28
вырабатываемого в СССР кислорода, для целей сварки и резки расхо-
дуется около 85°/о- При охлаждении кислорода до—182°С и нормаль-
ном давлении, последний из газообразного состояния переходит в жид-
кое с удельным весом 1,106 кг/литр. Цвет жидкого кислорода про-
зрачно-синеватый. Один литр жидкого кислорода дает около 800 литров*
газообразного.
Существуют несколько способов получения кислорода. Однако, про-
мышленное производство в настоящий момент основано на получении О2
из воздуха методом глубокого охлаждения. Этот способ является по
сравнению с другими (электролиз воды и т. д.) наиболее экономичным.
Основан этот способ на том, что кислород, азот и воздух имеют
различную температуру кипения, именно: кислород—18 3°С, азот—196°С
и воздух—194°С. Процесс получения кислорода осуществляется в спе-
циальной ректификационной установке, где вначале воздух превращается
в жидкость и затем испаряется. Благодаря разности температур кипе-
ния азота и кислорода (основными элементами воздуха) вначале испа-
ряется азот, оставляя чистый кислород (98—99.5%) в виде Жид-
1 съ^ИС* Схема установки для получения кислорода из воздуха.
{."Фильтр. 2—Воздушный компрессор на 225 атм. 3—Осушительная
оатарея. 4—Теплообменник и разделительный аппарат. 5—Газовый счет-
чик. 6—Газгольдер. 7—Кислородный компрессор. 8—Рампа д/наполне-
ния баллонов.
29
кости. Схема Такой установки представлена на рис. 23 и состоит из
1) воздушного фильтра, где воздух осв)бождается от механических примесей-
2) Многоступенчатого воздушного компрессора (4-1-6 ступеней)’
сжимающего воздух до 225 атм. с холодильниками „Д“.
► 3) Декарбонизатора—аппарата для очистки воздуха от углекислоты
помощью раствора каустической соды (едкого натра).
4) Осушительной батареи для очистки от влаги. Осушительная
батарея наполнена железными патронами с хлористым кальцием или ед-
ким натром. Сзади или впереди осушительной батареи устанавливается
маслоуловитель.
5) Разделительной (ректификационной) колонны, где происходит
сжижение воздуха и разделение его на кислород и азот.
6) Газгольдера, где собирается газообразный кислород.
7) Кислородного компрессора высокого давления, необходимого для
наполнения баллонов до 165 атм. (практически до 150 атм.).
в8) Наполнительной рампы—коллектора для единовременного напол-
нения целой батареи баллонов.
Транспортировать газообразный кислород, при большой потребности
в нем, крайне невыгодно, поэтому, за последнее время используют воз-
можность перевозки его в жидком виде — в специальных танках,
Рис. 24. Устройство кислород-
ного баллона.
30
т. е. камерах, подобных сосудам Дю-
ара. Доставленный потребителю газо-
образный кислород выливается в
специальные газификаторы, где он
испаряется и, в виде газа по трубо-
проводу подается к газосварочным
постам. Применение кислорода чи-
стотой 92»/е для сварки не допус-
кается. Для газовой резки, как будет
сказано ниже, чистота кислорода
играет первостепенную роль. Транс-
портируется кислород в стальных
баллонах. Устройство кислородного-
баллона показано на рис. 24. Бал-
лон состоит из стального сосуда, за-
канчивающегося штампованным ла-
тунным вентилем. Водяной объем
баллонов различен (от 27 до 50 лит-
ров). Широко применяющиеся в СССР
кислородные баллоны имеют объем
40 литров. Кислород накачивается
в баллоны до 150 атм. Испытывается
баллон при давлении 245 атм. в воде.
Вес баллона 50 кг. Газовая ем-
кость баллона грубо определяется по
формуле (10).
Рис. ,25. Устройство вентиля кислородного баллона.
Vr. к. = Рв Vb литр. (10)
Где Vr. к. — газовый объем кислорода в литрах для данной температуры.
Р — давление в атмосферах.
VB — водяной объем баллона при определенной температуре.
Применяемые баллоны при давлении 150 атм. и водяном объеме
в 40 литров имеют газовую емкость равной
Vr. к. = Р • VB = 150 • 40 = 6000 литрам или G м3.
Практически остаток газа в баллоне во время работы, пренебрегая
влиянием температуры, определяется по формуле 10. Окраска баллонов
голубая с надписью „Кислород". Устройство (конструкция) вентиля
кислородного баллона отлично от вентиля ацетиленового баллона и по-
казано рис. 25,
Вентиль состоит из корпуса 1, который коническим хвостовиком
помощью резьбы ввертывается в горловину баллона. Корпус имеет бо-
ковой штуцер, к которому при работе привертывается редуктор. Внутрь
корпуса ввертывается клапан „4“, кончающийся квадратом „3" и име-
ющий на конце запрессованную прокладку из отожженной красной меди,
которая садится на седло вентиля, осуществляя уплотнение. На квадрат
клапана одевается муфта „5" и шпиндель „6", имеющий на конце
также квадрат. Затем следует фибровая прокладка „11", которая затя-
гивается сальниковой гайкой „8“. Далее, на свободный конец шпинделя
одевается через фибровую прокладку „13" чугунный маховичек „2й,
затягиваемый через пружину „9“ гайкой „7". При вращении маховичка
против часовой стрелки, шпиндель через муфту „5“ поднимает клапан и
тем самым дает возможность переходу кислорода из баллона через вен-
тиль. Давление газа на шпиндель и действие пружины „9“ прижимают
фибровую прокладку „11“ к сальнику „8“ и тем самым уплотняют это
место, не давая возможности утечке кислорода. При транспортировке
баллонов, на штуцер вентиля, через фибровую прокладку „12" одевается
заглушка—гайка „10". Заглушка предохраняет вентиль от засорения. Для
защиты вентиля от механических повреждений, на горловину баллона
навертывается специальный колпак. В колпаке предусмотрены отверстия
на случай пропуска газа при открытом или поврежденном вентиле. Та-
кой же колпак имеют и все другие газовые баллоны. Ни одна часть вен-
тиля, из-за взрывоопасности, не смазывается жирами.
V. Редукторы
Для питания сварочных постов газом из баллонов ’ применяются ре-
дукторы, так как рабочее давление газа значительно ниже давления газа
в баллонах. Принцип работы редуктора заключается в том, что помощью
32
рычажных или пружинных приспособлений газ перепускается из одного
объема в другой, при этом, последний расширяется с отдачей тепла и
снижает свое давление.
По принципу действия редукторы (или манодетандеры) делятся
на прямого действия „а“ и обратного „в“ (рис. 26). По выполнению
редукторы бывают однокамерными и двухкамерными и различаются по
Рис. 26. Принципиальная схема работы редуктора,
а—прямого действия в — обратного действия.
пропускной способности. Для редукторов низкого давления пропускная
способность равна 3—5 м3/час, для высокого давления 35-Г-40 м3/час.
На рис. 27 представлен однокамерный ацетиленовый редуктор прямого
действия, широко распространенный в СССР. На ацетиленовый баллон
редуктор укрепляется помощью хомутика, который, будучи одетым на
вентиль, упорным болтом прижимает входной штуцер редуктора к шту
церу баллона. Корпус редуктора изготовляется из латуни.
На рис. 28 представлено уст-
ройство двухкамерного кислородного
редуктора обратного действия (типа
2КВД). Редуктор укрепляется к вен-
тилю баллона посредством накидной
гайки, навертываемой на штуцер
вентиля через эбонитовую прокладку.
При открывании вентиля баллона,
кислород попадает в канал редуктора,
последовательно проходя фильтр в
виде сетки, теплопоглотитель типа Рис. 27. Общий вид ацетиленового
медной пластинки с несколькими редуктора.
отверстиями и таким образом доходит
ДО клапана 1-й камеры высокого да-
вления. На пути прохождения кислорода установлен манометр, указы-
вающий давление в баллоне. Редуцирующий клапан камеры высокого
3
Краткий курс сварки
33
давления помощью регулирующей гайки отрегулирован па заводе-изго-
товителе тйким образом, что под действием давления нижней пружины,
он все время открыт до установления в камере давления газа 35-*-
50 атм. При повышении этого давления, он под действием верхней пру-
жины клапана закрывается. Таким образом редуцирующее устройство 1-й
камеры состоит собственно: из регулирующей гайки, нижней пружины,
кончающейся кулачком, диафрагмы с сидящим на ней передаточным
диском, который кончается шпилькой (иглой) и клапана с верхней пру-
жиной. Следовательно, клапан под действием верхней пружины стре-
мится закрыть пропускное отверстие (седло). Однако, этому препят-
ствует игла передаточного диска, упирающаяся в клапан. Следовательно,
кислород, проходя через клапан, попадает в больший объем и таким обра-
зом уменьшает свое давление до указанного выше предела в 35 ; -50 атм.
Из 1-й камеры через такое же редуцирующее устройство кислород пере1
ходит во 2-ю камеру большего объема и снижает дальше давление до
рабочего, устанавливаемого регулирующим винтом непосредственно у
сварочного поста, в зависимости от рода работы. Во 2-й камере установ-
лен манометр, указывающий рабочее давление.
Обратнее'
Мамметр mkaza
\ давпрния
&
Редуцар
faiQnWfbl
,ЗапарнЬщ \
Яеняшрр \
fiapnepb /'•
Peetpwp
гайка
eta
Рис. 28. Устройство двухкамерного кислородного редуктора.
-H камера
редуцирМамм
В этой же камере, предусмотрен предохранительный клапан, пере-
пускающий в атмосферу газ, при повышении давления выше 45 атм.
Все основные детали кислородного редуктора изготовлены из латуни.
34
Двухкамерное устройство редуктора, благодаря постепенному снижению
давления, позволяет до некоторой степени избегать замерзания послед-
него, происходящее вследствие резкого снижения температур. Однако,
благодаря наличию влаги в кислороде, в зимнее время происходит замер-
зание редуктора, поэтому, особенно при газовой резке (больший расход
газа) между вентилем баллона и редуктором ставят подогреватели. Про-
пускная способность этого редуктора 40 м3/час при рабочем давлении
10 атм. В 1940 г. освоен новый кислородный однокамерный редуктор
типа РК-39, отличающийся весом и заменой ряда латунных деталей
стальными.
VI. Горелки для сварки
Для получения смеси кислорода с горючим газом и образования
нужного пламени, применяются приборы, носящие название сварочных
горелок. По принципу действия сварочные горелки разделяются на го-
релки низкого давления и горелки высокого давления.
Горелки низкого давления являются инжекторными, т. е.
принцип их действия основан на инжекции горючего газа под действием
кислорода, имеющего большее давление. Для ацетилено-кислородной свар-
ки давление кислорода составляет 3 атм, а ацетилена мах. до 0,3 атм,
чаще 0,1 атм.—при питании из баллона и до 0,1 атм. при генераторе.
Устройство инжекторной горелки типа „СУ“ представлено рис. 29-а. Го-
релка состоит в основном из двух разъемных частей: 1) ствола го-
релки, представляющего собой трубку „Iй, внутри которой находится
еще одна трубка. Ствол с одной стороны кончается двумя ниппелями
„16“ и „17й для подачи газов и с другой стороны вентильной коробкой „2“
с двумя вентилями и дополнительной трубкой „4“ и 2) наконечника,
т. е. части горелки, в которой производится смешение газов. На конце
наконечника при зажигании смеси образуется пламя. Наконечник пред-
ставляет собою изогнутую трубку „8й, имеющую камеру смешения „7“
и мундштук „10*. В камеру смешения „7й ввернут инжектор „5".
Наконечник привертывается к стволу горелки накидной гайкой ,,6tt и
является сменной деталью, меняемой в зависимости от сварки рззлич-
ных толщин. Подача гззов в горелку осуществляется следующим обра-
зом: в изогнутый ниппель „17“ подается газ ацетилен, который по
трубке большого диаметра попадает к левому вентилю (если смо-
треть со стороны ниппелей). Кислород подается в прямой ниппель и
через центральную трубку попадает в правый вентиль. При надетом на-
конечнике, следовательно, когда инжектор „5й прижат к трубке „3“
ствола и открывании вентилей, кислород попадает в центральный канал
инжектора, а ацетилен будет протекать снаружи инжектора по продоль-
ным прорезям на нем. Благодаря наличию большего давления (3 атм.)
У кислорода и значительно меньшего давления у ацетилена (мах. 0,3
атм.) произойдет инжекция, т. е. на конце пулькообразного инжектора
3* 35
&
Рис. 29а.
ИНЖЕК ТПРНДЯ ГОРЕПКР .Eid"Низкого ддвпенюц
будет происходить засасывание
ацетилена кислородом, которые
в камере смешения „7“ в виде
готовой горючей смеси через
канал наконечника „8“ и мунд-
штук „10" вытекают в атмос-
феру. При прикосновении мунд-
штука с открытым огнем обра-
зуется пламя, состав которого
регулируется вентилями, помощью
маховичков „13" (кислород) и
„18" (ацетилен).
Представленная рис. 29-а
инжекторная горелка является
универсальной и имеет марку
„СУ". Универсальность данной
горелки заключается в том, что
с той горелкой, помимо сварки
различных толщин, возможно
производить резку металлов пу-
тем установки специального на-
конечника для резки.
Наконечник для резки от-
личается от наконечника для
сварки наличием (по верху иду-
щей) дополнительной трубки для
режущего кислорода.
С этой целью у горелки от-
вертывается полый болт „И" из
вспомогательной гайки „12“,
взамен которой будет подведен
специально заделанный у нако-
нечника для резки конец трубки
„режущего* кислорода.
При ввертывании болта „11",
в эту трубку дается ответвление
кислороду из центральной трубки
таким образом, что одна часть его
идет в вентиль для кислорода го-
рючей смеси, а вторая часть благо-
даря имеющимся каналам в болте
*11“ попадает в трубку режущего
кислорода. Выпускаемые горелки
Типа „СМ" и Лилипут не имеют от-
Рис. 296. Горелка высокого (равного)
давления.
37
ветвления для режущего кислорода и являются только сварочными.
К горелке • изготовляются 6 сменных наконечников. Регулируя вен-
тилями, получают то или иное соотношение газов в пламени. Отсюда
следует, что состав пламени может изменяться.
С 1940 г. начали выпускать горелки типа СТБ и СТМ, которые
подобны предыдущим, однако основная масса их состоит из стали вза-
мен латуни. Конструктивно СТБ отличается от СУ тем, что она имеет
лишь 2 сменных наконечника и 4 мундштука. В этих горелках инжек-
торы сменные.
Горелки высокого давления (рис. 29-6). Принципиальное
отличие этих горелок от инжекторных заключается в том, что в них
отсутствует инжектор и следовательно смешение газов происходит непос-
редственно в камере смешения, также находящейся в наконечнике горелки.
Давление ацетилена и кислорода в этих горелках составляет
0,2 атм. Горелки эти являются одновременно горелками равного давле-
ния, т. е. в них и горючее и кислород подаются при одинаковом дав-
лении. В СССР горелки „высокого давления" широкого применения
не получили.
VII. Пламя (адетилено-кислородное)
Для образования пламени в инжекторной горелке, необходимо
первоначально несколько открыть вентиль кислорода, а затем ацети-
лена. Этим достигается подсос ацетилена в наконечник. Для получе-
ния правильного пламени, необходимо дать соответствующее соотношение
газов в нем.
На рис. 30 представлено так называемое нормальное пламя. Пламя
это характерно тем, что имеет резко выраженные 3 зоны, отлича-
ющиеся по химическому составу газов, цвету и температуре.
Рис. 30. Ацегилено-кислородное
пламя.
На рисунке 30 видно, что
максимальная температура нахо-
дится во 2-й зоне и соответствует
3000 + 3400°С.
Реакция полного сгорания аце-
тилена в смеси с кислородом мо-
жет быть написана следующим об-
разом:
C2H2-h2,5O2=2CO2-kHaO (И)
Однако, если бы мы подали та-
кое соотношение газов, т. е. на один
объем С2Н2—2,5 объема О2, то
пламя было бы резко окислитель-
ным, так как в процессе горения
пламени на воздухе участвует кис-
лород воздуха, который в реакции
38
необходимо учитывать. Поэтому теоретически, для получения нормаль-
ного пламени, в горелку подается на один объем ацетилена—один объем
кислорода, т. е.
С2Н2-|-О2 = 2СО-|-Н2 (12)
Затем уже в пламени присоединяется кислород воздуха, который осу-
ществляет окончательное сгорание ацетилена, т. е.
2СО + Н2 + 1,5О2 = 2СО2 4- Н2О (13)
Следовательно, левая часть уравнения (12) соответствует 1-й зоне и
представляет собою смесь ацетилена с кислородом, истекающей из го-
релки. Она видна в пламени, как яркое белое ядро.
Правая часть уравнения представляет результат неполного сгора-
ния, соответствует 2-й зоне и видна в пламени, как ореол первой зоны,
Цвет ее слабо фиолетовый. Следовательно, 2-я зона характерна нали-
чием свободного водорода и окиси углерода, поэтому она является вос-
становительной зоной, вследствие того, что при сварке черного металла
образующиеся окислы будут восстанавливаться этими газами. Во второй
зоне начинает присоединяться кислород воздуха, который доводит до
полного сгорания продукты 2-й зоны, что и выражено уравнением (13).
3-я зона имеет пурпуро-фиолетовый цвет (наз. метлой пламени). Пра-
ктически, соотношение газов таково, что принимается некоторый избы-
ток кислорода, т. е.
7°н = '-1 + 112 <14)
^-•2^2
При чрезмерном избытке кислорода, форма пламени изменяется,
т. е. 1-я зона резко сокращается и ядро заостряется, 2-я зона пропа-
дает. Такое пламя будет окислительным.
Действительно:
С2Н2 + 2О2 = 2СО + Н2 + О2
и далее (15)
2СО + Н2 4- О2 + 0,5О2 = 2СО2 + Н2О,
а имеющийся свободный кислород во 2-й зоне будет окислять металл.
При избытке ацетилена, наоборот, пламя и ядро удлиняется, вто-
рая зона пропадает, а пламя становится коптящим. Такое пламя будет
наугл ерожи вающи м.
Действительно:
2С2Н2 4- О2 2СО + 2Н2 4- 2С
и Далее (16)
2СО 4- 2Н2 4- 2С + 4О2 = 4СО2 + 2Н2О
39
т. е. имеющийся свободный углерод 2-й зоны будет вступать в реакцию
с ванной жидкого металла науглероживая ее.
Тушить горелку следует закрыванием, первоначально, вентиля аце-
тилена и затем кислородного.
VIII. Обратный удар и защита от него
В инжекторных горелках благодаря наличию различных давлений
ацетилена и кислорода, при засорении горелки каплей жидкого металла
(в процессе сварки), т. е. при закупорке наконечника кислород, име-
;₽ис. 31. Схема устройства и действия водяного затвора.
тощий большее давление, устремится внутри горелки по ходу ацетилена
и может достигнуть генератора. Явление протекания кислорода или го-
рючей смеси по ацетиленовому трубопроводу в направлении генератора
или ацетиленового баллона носит название обратного удара. Причиной
обратного удара, помимо засорения наконечника, может быть нагрев на-
конечника, чрезмерное давление кислорода, что определяет скорость
сгорания, большей скорости истечения смеси из горелки и горение, пе-
реходящее внутрь последней. Для защиты генераторов, имеющих значи-
тельно меньшее давление чем кислород в горелке,—применяют водяные
предохранители или, как их называют, „водяные затворы*. Принцип ра-
боты водяного затвора представлен рис. 31 и заключается в следующем.
В закрытый сосуд наливается вода, уровень которой проверяется ниж-
ним боковым краном. В сосуд вставлены 2 трубы, в одной протекает
ацетилен из генератора и она опущена ниже второй, последняя имеет
40
сообщение с атмосферой. Положение „А“ соответствует началу работ,
т, е. оба конца труб погружены в воду. Положение „Ва соответствует
пуску генератора, однако кран, питающий горелку (верхний сбоку), за-
крыт, ацетилен, протекая из длинной трубы,
проходит через воду, скапливается в воздушном
промежутке сосуда и своим давлением поднимает
уровень воды в короткой трубке. В положе-
нии ,,Ctt кран открыт и ацетилен, пузырьками
проходя через воду, вытекает к горелке для
работы.
Положение „Д“ соответствует явлению об-
ратного удара, т. е. газ (или смесь их) по
шлангу попадает в водяной затвор, тогда соз-
давшееся давление в сосуде затвора будет вы-
теснять воду, закрывая трубу с ацетиленом и
благодаря тому, что труба, сообщающаяся с ат-
мосферой, короче питающей трубы, весь газ
устремится в нее и, выплескивая воду, выйдет
из сосуда. После обратного удара необходимо
пополнить затвор водою. Конструктивно (рис. 32)
затвор устроен таким образом, что имеет крыш-
ку, не позволяющую резко выплеснуться воде.
IX. Технология и техника газовой
сварки
а) Мощность горелки
Как было указано выше, к каждой горелке
прилагается комплект наконечников, позволяю-
щих производить сварку различных толщин. Вы-
бор номера наконечника (по мощности) или точ-
нее наконечника с определенной пропускной
способностью газа, выраженной в литр/час, осу-
Рис. 32. Конструкция во-
дяного затвора среднего
давления.
ществляется в зависимости от толщины свари-
ваемых деталей и рода металла. Практика показала, что вполне успешно
можно выбирать наконечник с производительностью (по ацетилену) газа,
определяемого для малых толщин (до 10 мм), как:
W = 100 • S
(17)
и для больших толщин (свыше 10 мм)
W = 150 • S (18)
Где W —расход ацетилена в литр/час, по которому выбирается номер
наконечника.
S—толщина свариваемой стали в мм.
41
Следует указать, что стахановцы-сварщики предпочитают ведение
процесса газовой сварки еще на больших мощностях горелок (нако-
ленников), чем л обуславливается ускорение процесса.
Однако ведение сварки с большей, чем указано, мощностью горелки
(наконечника) требует определенного навыка рабочего-сварщика, в про-
тивном случае получается недоброкачественная сварка. К горелкам, вы-
пускаемым у нас в СССР, типа СМ и СУ прилагаются 6 наконечников
с производительностью (мощностью), сведенной в таблицу 2.
Таблица 2«
Производительность наконечников для газовых горелок
СУ и СМ. Глававтоген.
Номер наконечника 1 2 3 4 5 6
Расход ацетилена литр/час . . . 150 300 500 750 1200 1700
б) Пламя
Как было указано выше, регулировка пламени играет большую роль
при ведении процесса сварки. Правильно отрегулированное, нормальное
ацетилено-кислородное пламя имеет в своем составе во второй зоне
свободные Н2 и СО, которые производят при сварке стали раскисли-
тельные действия, выводя окислы металла в шлак.
Так как в процессе сварки стали под действием кислорода воз-
духа могут образоваться в основном следующие окислы металла, как:
2Fe-]-0 = 2FeO -j- 64,3 кал
4Fe + ЗО2 = 2Fe2O3 + 197,7 кал
3Fe + 2О2 = Fe3O4-(- 266,7 кал
2Мп + О2 = 2МпО + 96,5 кал
Si +О2 = SiO2—(-191 кал
то естественно, их следует по мере возможности переводить в
шлак. Образование окислов МпО и SiO2 может итти главным образом
за счет взаимодействия с окислами железа, как FeO, т. е.
FeO + Мп = МпО - Fe
2FeO —Si = SiO2 2Fe.
42
Однако, образовавшиеся окислы железа неполностью переходят
в шлак за счет Мп и Si, следовательно, дальнейший ход восстановле-
ния Fe идет за счет соединения газов, имеющихся в составе пла-
мени, т. е.
CO4-FeO = CO24-Fe
Н2 + FeO = HaO-fFe
FeO шлака п
до наступления равновесия -------------= С, определяемого прак-
FeO металла
тически для каждого температурного интервала. Форма пламени в виде
метлы, до известной степени защищает наплавляемый металл от окисле-
ния и нитрирования (Fe2N, Fe4N), поэтому, пламя всегда должно за-
крывать расплавленную ванну свариваемого металла. По данным инж.
Циглера, при правильном ведении сварки, содержание кислорода в на-
плавленном металле (шве) составляет 0,053% и азота 0,024%, что
практически незначимо. (При электродуговой сварке эти величины
больше).
в) Присадочный материал
Для сварки стали в качестве присадочного материала применяют
стальную проволоку с малым содержанием углерода. К проволоке предъ-
являются требования, чтобы она по своему составу была близка к хим-
составу свариваемого изделия. Химсостав присадочной проволоки для
сварки малоуглеродистой стали предусматривается ОСТом 20032 взамен
2853 и состоит из
С — 0,06^-0,08% Si0,08%
Мп 4- 0,1 -т- 0,25% Р и S не более 0,04% каждый.
По ОСТу присадочная проволока выпускается следующих диаметров
1, 6; 2; 2; 6; 3; 4; 5; 6 и 8 мм.
Выбор диаметра проволоки определяется в зависимости от способа
сварки и толщины свариваемой детали, именно:
для правой сварки d = S (19)
s
для левой сварки d = — 1, (20)
гДе d — диаметр проволоки в мм,
S толщина стали в мм.
выщ ОДН|К0’ независимо от толщины детали, диаметр проволоки не пре-
Проволока должна быть с чистой поверхностью и при плавлении
ее> не должна сильно разбрызгиваться.
43
г) Процесс и способы газовой сварки
жения горелки (поперечные коле-
бания).
Процесс газовой сварки заключается в том, что пламенем горелки
доводят металл на небольшом участке до плавления и затем, вводя в об-
разовавшуюся жидкую ванну конец присадочной проволоки, расплавляют
ее, образовывая шов. При выполнении шва способ продвижения горелки
играет первостепенную роль и должен быть таковым, чтобы обеспечить
расплавление обоих кромок свариваемых деталей с одновременным рас-
плавлением присадочного материала. На рис. 32 изображен путь
мундштука (наконечника горелки),
такой же путь должен проделывать
и конец присадочной проволоки, при-
чем, когда горелка движется вверх
(поперечные колебания по всей длине
шва), конец проволоки вниз. Размах
поперечных колебаний зависит от
желаемой ширины шва. На этом
рисунке путь „0“ соответствует
сварке толщины стали до 5 мм, а
путь „Б* для толщин стали свыше
6 мм.
Расстояние пламени горелки от
жидкой ванны должно быть таковым,
чтобы не было окисления металла
за счет кислорода смеси, истекающей
из мундштука, следовательно, по-
этому, сварку необходимо вести во 2-й
зоне, т. е. на расстоянии 2—3 мм
от 1-й зоны (белого яркого ядра). Угол наклона горелки при сварке
небольших толщин стали (3 4-5 мм) составляет 45° от горизонтали и
направлен по движению горелки. Чем больше толщина металла, тем
большим должен быть угол, с уменьшением толщины, угол наклона го-
релки уменьшается.
Практически, способов ведения газовой сварки существует два,
т. е. так называемый левый способ и правый. При „левом" способе
(наиболее широко развитом в СССР) ведение сварки осуществляется
справа налево, т. е. так, как это показано на рис 34, в этом случае
присадочный материал находится впереди горелки. При „правом" спо-
собе (широко развиваемом за границей) шов выполняется слева направо,
причем присадочный материал находится сзади горелки и, следовательно,
пламя направлено па уже выполненный шов. Угол наклона горелки
при „правой* сварке принимается равным 70 4-90°. Колебательных по-
перечных движений горелкой не производят.
„Правый* способ сварки благодаря лучшему использованию пла-
мепи дает большую производительность и позволяет вести сварку стали
44
толщиной до 6 — 8 мм без скоса кромок. Благодаря указанному преиму
щсству сокращается расход газов и увеличивается скорость сварки.
Цо данным исследования иностранных фирм и ВАТ в СССР скорость
сварки увеличивается на 10—25%.
Номер наконечника при сварке „правым" способом выбирается
с производительностью 150 литр/час ацетилена на каждый мм свари-
ваемой толщины стали.
Рис. 34. Способы ведения газовой сварки.
В развитие „правой" сварки в промышленности стали применять
многопламепные горелки (см. рис. 35), преимущество которых сводится
к тому, что каждое пламя наконечника производит раздельную работу.
Так, при двухпламенной горелке одно пламя расплавляет основной ме-
талл, а другое подогревает присадочный материал и ведет процесс
Рис. 35. Наконечник к горелке для двухпламенной сварки.
сварки. В СССР выпущены 2-пламенные наконечники, одна и, к со-
жалению, они еще не получили нужного развития. Стахановское движе-
ние побудило целый ряд сварщиков перейти на новый, более производи-
ельный способ „правой" сварки.
45
д) Производительность сварки
Производительность газовой сварки ориентировочно может быть
определена по нижеследующей эмпирической формуле, дающей скорость
сварки в метрах/час в зависимости от толщины свариваемых дета-
лей, т. е,
р
V = — мт/час, (21)
S
где: V — скорость сварки в мт/час
S — толщина свариваемых деталей в мм
В — коэф., учитывающий способ сварки, равный:
В = 14 для „левой“ сварки
В = 18 для „правой* сварки
В = 20 для многопламенной сварки.
Точнее, потребное время для выполнения газовой сварки 1-го
пог. мт. может быть подсчитано по формуле (Гипромаша), т. е.
Тг = (tn + tB + 4to) (1 + А) мин. (22)
Где Тг — полное время, потребное для сварки 1 пог. м шва в мин>.
tn—подготовительное время, отнесенное к 1 м шва в мин.
tB — вспомогательное время, отнесенное к 1 м шва в мин.
to —основное время (чистое время рабэты горелки) в мин.
А—дополнительное время, принятое в °/о°/о от суммарн. времени.
Ч — коэф., зависящий от рода газа (для С2Н2—^=1).
А — практически принимают равным 20 —17«/о.
tn I
tB I —зависят от рода конструкции и величина их определяется
' опытным путем.
to — основное время в час. подсчитывается, исходя из количества
наплавляемого металла и определяется коэф. ₽, найденным
инж. Науман В. Г. в размере, численно равном расходу аце-
тилена в час, т. е. Qr. литр/час или, что тоже мощности
горелки W.
Следовательно, зная объем наплавленного металла Ум в см3 и ра-
сход ацетилена литр/час [Qr. =₽== W] получаем
to —------часов (23)
где т —удельный вес металла.
Грубо, полное время на газовую сварку, зная основное время, опре-
деляется по формуле
46
(24)
Где *
Коэф.
— коэф, использования поста, равный 0,3 -*-0,7.
а зависит от системы организации работ в цехе.
ГЛАВА III. ГАЗОВАЯ РЕЗКА
Применение газового пламени для резки металлов занимает в «про-
мышленности видное место. Можно заметить, что в настоящее время нет
такого заготовительного цеха предприятия, изготовляющего железные,
решетчатые или сплошные конструкции, где бы не имела место газо-
вая резка.
Для целей газовой резки применяют у нас в СССР главным обра-
зом ацетилен и бензин, действующие в смеси с чистым техническим
кислородом. Газовая резка основана на сгорании ме-
талла в струе чистого кислорода, т. е. процесс резки осу-
ществляется в два этапа, именно: металл на своей поверхности в точке
действия пламени резака (горелки) доводится до температуры воспла-
менения, затем, в этот момент подается струя чистого кислорода и металл
сгорает, причем окислы его, давлением кислорода, вытесняются из места
разреза. Количество тепла, выделяющееся при сгорании металла, значи-
тельно, что в свою очередь, при стекании шлаков, позволяет тратить
тепло последних для разогрева нижележащих слоев металла реза.
Для осуществления газовой резки требуется наличие определенных
условий, именно:
1-ое условие. Температура воспламенения металла
(в кислороде) должна быть ниже температуры плав-
ления самого металла.
В противном случае, металл будет первоначально плавиться и за-
тем выдуваться струей кислорода, что вызовет большую трату газа
при малой эффективности процесса. Следовательно, в этом случае, будет
нарушен фактор, определяющий газовую резку как процесс сгорания
металла в кислороде.
Так как резка главным образом распространена на черные ме-
таллы, то следует заметить, что одним из важнейших элементов, повы-
шающих температуру воспламенения стали, является углерод, т. е. по
мере увеличения содержания углерода в стали, возможность газовой
резки снижается, а при содержании углерода выше 0,7%—резка невоз-
ежна. на рИС 3g представлена диаграмма состояния железо-углеро-
етых сплавов, на которой пунктирной линией I, II, III нанесены точки
Воспламенения сплавов.
47
Таким образом, чугун по поддается газовой резке, и осуществляется
последняя выплавлением жидкой ванны или введением в последнюю
стальной проволоки с малым ^’содержанием углерода, что позволяет до
Рис. 36. Диаграмма плавкости железо-углеродистых
сплавов.
некоторой степени осуществить газовую резку. По этой же причине не
поддаются газовой резке и основные цветные металлы. Температура
плавления отдельных металлов и их окислов сведена в таблицу 3.
Таблица 3
Наименование металла Температура плавления в °C Температура плавления окисла °C Состав окисла
Железо 1528 1370 FeO
Чугун 1200 1370
Кр. медь 1084 1 1230 1 1148 CuO Cu2O
Алюминий 657 2050 Al20g
Марганец 1245 535 MnO
Хром 1520 2030 CrO
48
2-е условие. Температура плавления о к и с л о в раз-
резаемого металла должна быть ниже температуры
плавления основного металла.
Этим условивхМ определяется возможность вытекания окислов,
образующихся при сгорании металла, пе расплавляя последний.
3-е условие. Разрезаемый металл должен обладать
минимальной теплопроводностью. Этим условием опреде-
ляется возможность локализации тепла подогревающего пламени—в на-
чальной точке.
Реакция горения железа в кислороде может быть представлена
следующим уравнением
3Fe + 2О2 = Fe3O4 + 265,7 кал. (25)
Однако, исследование шлаков показало, что сгорание протекает по
3 направлениям и в определенных количествах, именно:
50% Fe + 0,5O2 = FeO (26)
35% | 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 (27)
° ( 3Fe4-2O2 = Fe3O4 (28)
и 15% чистого металлического железа, выдуваемого в расплавленном
состоянии из кромок реза. Форма ацетилено-кислородного пламени при
резке отличается от пламени при сварке тем, что оно характерно из-
бытком кислорода. Причина заключается в специфике процесса резки,
и как следствие, конструкции газового резака, т. е. горелки, в кото-
рой образуется пламя и подается дополнительный кислород для сжига-
ния металла.
Из условий производства резки следует, что в горелке или точнее
в резаке необходимо иметь возможность образования пламени для подо-
грева металла до температуры возгорания (воспламенения) и затем при
достижении последней—пустить струю кислорода под большим давле-
нием, которая сжигала бы металл и выдувала бы образующиеся шлаки.
Для этой цели может служить горелка, в которой имеются два наконеч-
ника—один с пламенем, а другой с режущей струей кислорода. В СССР
строятся резаки марки „УР“ и „ПР“ для резки стали до 300 мм
толщины. Конструкция резака „УР“ представлена рис. 37 и заключает
в себе следующее: две трубки, из которых одна служит для образова-
ния горючей смеси (нижняя) и вторая (верхняя)—для подачи режущего
Кцслорода, находятся друг над другом и кончаются одним наконечником
с Двумя концентрическими мундштуками. В центральный (внутренний)
мУндштук попадает чистый кислород (для резки), а в наружный мунд-
штук—горючая смесь: ацетилен и кислород, образовавшиеся в смеситель.
00 камере за инжектором.
4 Краткий курс сварки
49
Таким образом, режущая струя кислорода окружена смесью, кото-
рая при зажигании образует пламя. Следовательно, при движении ре-
заком в любом направлении и своевременном пуске режущего кисло-
рода, резка может производиться в любом направлении, так как в этом
случае, всегда будет производиться нагрев металла пламенем. Поэтому
марка „УР“ означает универсальный (по движению) резак. Для удобства
резки ручка резака изогнута на 90э. Действует резак следующим об-
разом: кислород из баллона (с установленным давлением) но резиновому
шлангу, одетому па прямой ниппель, через трубку „4й, подходя к вен-
тилю „9“, ответвляется, частично в вентиль для режущего кисло-
Рис. 37. Аиетилено-кислородный резак типа ВУР
рода „9“ и частично в вентиль „11“ для регулирования кислорода,
протекающего в центре инжектора (т. е. подогревающего кислорода).
Ацетилен поступает из баллона или генератора по трубке „25м к вен-
тилю „16й и при регулировке окружает инжектор. Следовательно, ре-
гулируя вентили „16“ и „И“, можно создать нужное пламя, которым
действуют на начальную кромку металла, доводя ее до температуры
сгорания.
Вентилем „9“ производят пуск и прекращение режущего кисло-
рода; одновременно с пуском дают поступательное движение резаку,
осуществляя резку. Установленная (съемная) на наконечнике тележка
„47“ облегчает передвижение резака по изделию и сохраняет раз уста-
новленное расстояние конца наконечника от изделия. Укрепив к те-
50
лежке Циркуль „49й с керном (центром) „50", осуществляют резку по
окружности. Наличие в резаке питания обоих кислородных (режущего
и подогревающего) вентилей по одной трубке обусловливает при откры-
вании вентиля режущего кислорода, падение давления и, следовательно,
количество последнего в подогревающем вентиле, так как давление и
Рис. 38. Бензорез (резак).
количество режущей струи кислорода значительно больше, чем подо-
гревающего. Поэтому образованное, пламя будет обеднено кислородом и
сразу изменит свой вид, т. е. будет характерно наличием избытка аце-
тилена. Вот почему при регулировке пламени следует в нем давать из-
быток кислорода.
Как известно из предыдущего, для целей резки применяют также
бензин, при этом реакция сгорания бензина в кислороде может быть
написана так:
С6Н6 + 7,5О2 = 6СО2 + ЗН2О
(29)
Так как бензин или бензол являются жидкими горючими, то по-
следний перед попаданием в инжектор должен быть парообразовап.
Следовательно, конструкция бензинового резака (или как его называют
бензорез) отличается от предыдущей конструкции и представлена рис. 38.
Из него следует, что в бензорезе помимо основного наконечника „3"
имеется дополнительный наконечник „5й, пламя которого направлено
На трубку, по которой протекает бензин (бензол) и, следовательно,
перед попаданием в инжектор „10 й бензин парообразуется.
4* 51
Конструкция рёзайа устроена таким образом, что кислород, иду-
щий из баллона по резиновому шлангу, в точке „21“ разветвляется,
часть его, идущая на осуществление сжигания металла, попадает в верх-
нюю трубку „34“ и перекрывается вентилем „32“, другая часть через
вентиль „27й попадает в трубку „14“,
Рис, 39. Устройство бач-
ка для бензина.
непосредственно примыкающую к инжектору.
Бензин поступает из специального бачка по
резиновому шлангу, одетому на ниппель
„22“, по трубке „19“ в корпус „13“. Здесь
бензин протекает по асбестовому шнуру,
намотанному на проходящую внутри кор-
пуса кислородную трубку „14“, и так до-
стигает инжектора. Подача бензина регули-
руется вентилем „18который производит
уплотнение у самого инжектора. Применяемое
давление для бензина составляет 2,5 — 3 атм.
и создается оно в специальном бачке ручным
насосом. Устройство бачка и его действие
ясно видно из рис. 39. Установленный на
бачке манометр „8й указывает давление
в нем. Правильно отрегулированное бензино-
кислородное пламя отличается от ацетилено-
кислородного по внешнему виду, так как
имеет форму первой зоны в виде колокола и
представлено рис. 40.
Общий вид поста (рис. 41) для бензи-
новой резки состоит из кислородного баллона,
бачка и резака со шлангами.
Технология резки.
Из уравнения (25) следует, что для сгора-
ния 1 см3 железа требуется израсходовать 2,1
литра кислорода, но так как согласно предыдущему около 15<>/о железа
не сгорает, а выдувается в расплавленном виде, то, казалось бы, прак-
Рис. 40. Пламя бензореза без допол-
нительного кислорода.
тически расход должен был быть меньшим и согласно уравнениям
26, 27, 28 примерно—1,56 литра. Однако благодаря расходу кислорода
па пламя, подогревающее кромку изделия, и на выдувание окислов—
52
последний по различным данным колеблется от 2,5 до 2,7 литра/см3 4
расплавленного металла.
Расход кислорода сильно зависит от чистоты последнего. Приме-
няемая чистота технического кислорода составляет 99,5—97% чистоты.
При чистоте в 97% против 99,5% , расход кислорода увеличивается
на 70%. Тоже и время резки, на 30%.
Рис. 41. Общий вид поста для бензиновой резки.
Факторами, влияющими на качество резки, являются: 1) расстояние
наконечника от изделия, которое для толщин до 100 мм должно со-
ставлять от 2 до 4 мм.
2) Применяемое давление режущей струи кислорода, которое не-
обходимо выбирать в зависимости от толщины разрезаемой стали и со-
ставляющее:
Давление Р атм. 4 5 6 7 8 9-10
Толщина в мм 10 20 30 50 75 100
3) Состав подогревающего пламени в смысле наличия избытка
ацетилена. При избытке последнего будет оплавление верхних кромок и
на пижней кромке слой шлака. При бензорезе чистота кромок большая.
4) Ширина реза ' получается несколько больше диаметра режущей
струи кислорода, которая в свою очередь зависит от расстояния нако*
нечника и диаметра внутреннего мундштука (сопла).
При правильно выбранных параметрах, ширина реза может быть
выражена формулой (30)
X = 1,5 0 (30)
Где X — ширина реза в мм
диам.— внутренний диаметр режущего мундштука.
53
При газовой резко стали толщиной до 6 мм, получить чистый рез
нельзя, так как происходит оплавление нижних кромок.
5) Угол наклона резака по отношению к плоскости разрезаемого
изделия принимается в зависимости от толщины металла, именно: при
средних толщинах (15 — 20 мм) угол должен быть прямым (90°), при
малых толщинах (до 12—15 мм) должно быть „отставание" нижней кромки
реза, т. е. резак наклоняется по направлению движения. При больших
толщинах (20 мм и более) должно быть „опережение44, т е. нижняя
кромка опережает верхнюю по направлению движения или, следовательно,
наклон резака должен быть против, движения резака.
Дополнительными факторами, влияющими на чистоту резки, яв-
ляются: чистота поверхности листа и равномерность передвижения ре-
зака. При грязной поверхности чистый рез получить нельзя.
Большие толщины начинают резать с нижней кромки листа, по-
степенно переходя к верхней.
Время резки одного метра шва может быть определено по след,
эмпирической формуле:
Тр = 2,8 4-0,064 S мин. (31)
где:Тр — время в мин., потребное для резки одного метра шва с уче-
том всех дополнительных времен.
S — толщина разрезаемого материала в мм.
Для улучшения качества и скорости резки (при повышенном дав-
лении) применяют полуавтоматы и автоматы. Работа этих аппаратов
сводится к постоянству расстояния наконечника от изделия и равно-
мерной скорости, что приводит к чистой резке.
Для производства работ на складе, т. е. в условиях необходимости
подноса аппарата к изделию, в СССР применяют полуавтомат типа
„Секатор44, изображенный на рис. 42. Полуавтомат представляет собою
корпус с вмонтированным в него мотором „Ми. Вращение мотора пере-
дается через редуктор к ведущему колесу „К“. Число оборотов мотора,
следовательно, и скорость передвижения всего корпуса регулируется рео-
статом, включенным последовательно с мотором в сеть. На поперечине
„Г44 укрепляется резак. Установочное перемещение резака осущест-
вляется винтами на поперечине и супортом. При движении полуавто-
мата направление его производится рукою за ручку „Р44. Пуск в ход
осуществляется вентилем „С44, который одновременно с включением мо-
тора включает режущую струю кислорода. Регулировка пламени про-
изводится вентилями „А44. При установке корпуса на направляющую
планку или циркуль, последний превращается в автомат и, следова-
тельно, двигается по прямой или кругу. Для полной автоматизации про-
цесса резки в СССР выпускается автомат типа „АС* (автоскоп), пред-
ставленный на рис. 43. Кратко, он состоит из следующего: штанга „844
54
имеет на одном конце резак „6{<, а па другом мотор „Г‘, регулируемый
реостатом „2й. Штанга ходит в направляющей „4“, которая сама пере-
двигается по направляющей планке „3“. Движение мотора передается
следовательно и резаку.
Рис. ^2. Полуавтомат для газовой
резки типа „Секатор®.
Моторная головка представлена рис. 44 и состоит из мотора „10“,
системы редуцирования оборотов (зубчатый редуктор), кончающейся
валками „19“ и „20м. Валки, имеющие на конце насечку, вращают ко-
лесо „21*, которое осуществляет передвижение штанги „8м рис. 43.
Рис. 43, Автомат для газовой резки типа „АС® з-да
им. Матвеева.
55
В автомате имеется возможность ручкой „9“ (рис. 43) изменять на-
правление движения колеса „21й и следовательно, таким образом, путь,
проделываемый мотором, будет совпадать с движением резака. Если рез-
ка производится по разметке на отдельном листе то, вращая ручку „9“,
направляют резак „6“ по линии разметки на железном листе, устана-
вливаемом у стола-автомата. Снимая колесо „21й (рис. 44), установив
Рис. 44. Устройство головки автомата „АС“.
головку машины на шаблон, точнее на припаянную ленту шаблона, го-
ловка, благодаря вращению насеченных валков, будет передвигаться по
шаблону. Шаблон в этом случае прикрепляется неподвижно к столу.
К автомату необходимо подносить листы для резки, которые устанавли-
ваются около стола автомата. Длина штанги автомата 900 мм. Про-
дольное перемещение реза лимитируется длиной направляющей „3“
(рис. 43). Для круговых движений, к автомату прилагается циркуль,
центр которого укрепляется ца столе,
56
Питание газосварочных постов газом
При питании газосварочного поста из баллонов, последний назы
вается постом высокого давления, и в этом случае оборудование поста
состоит:из ацетиленового баллона с редуктором, кислородного баллона
с редуктором, резиновых шлангов и горелки или резака.
При питании поста ацетиленом от генератора, и кислородом из
баллопа, последний называется постом низкого давления. В этом слу-
чае могут быть два варианта, т. е. централизованное питание ацетиле-
ном и индивидуальное. При централизованном питании, пост состоит из
водяного затвора (предохранитель), включенного в ацетиленовый трубо-
провод, кислородного баллона с редуктором, резиновых шлангов и го-
релки. При индивидуальном питании (чаще переносном), пост состоит из
генератора с водяным затвором и очистителем, кислородного баллона
с редуктором, резиновых шлангов и горелки. При центральном питании
кислородные баллоны могут соединяться на рампу, т. е. коллектор,
представляющий собой батарею баллонов, соединенных трубками на один
сборник, вместе. Централизованное питание применяется при большом
объеме работ в одном цехе. В ремонтных мастерских централизованное
питание не применяется. Однако очень часто при пользовании перенос-
ным генератором типа „МГ“ и горелками с производительностью 900 —
1000 лтр/час, включают последний на два поста. В этом случае, на
каждый сварочный пост устанавливается свой водяной затвор.
ЧАСТЬ II.
ГЛАВА IV ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА
I. Вольтова дуга и питание ее током
Вольтова дуга представляет собой мощный разряд электричества в
газовой (тоже воздушной) среде и сопровождается потоком электронов
с катода на анод.
Установившаяся вольтова дуга дает температуру порядка 7000°С,
что, кай известно из предыдущего, привело к использованию этого источ-
ника тепла для целей сварки.
Согласно электронной теории, разряд электричества сопровождается
ионизацией газовой среды, которая и служит причиной стабилизации
вольтовой дуги, как следствие расщепления нейтральных молекул элект-
ронами. Однако, поток электронов или их выход из тела, главным
образом определяется степенью нагрева последнего, так как чем больше
нагрето тело, тем больший выход электронов.
Свойства вольтовой дуги зависят от целого ряда факторов, в част-
ности для условий сварки, вольтова дуга зависит от материала элект-
рода, газовой среды, характеристики источника тока, режимов тока
и т. д.
Процесс возникновения вольтовой дуги при сварке благодаря при-
меняемому незначительному напряжению легче всего осуществлять с
короткого замыкания. При коротком замыкании и непосредственно сле-
дующем за ним размыкании, в силу экстратока последнего, воздушный
промежуток пробивается разрядом тока, как следствие ионизации выз-
ванной нагревом контакта замыкания,
Для образования вольтовой дуги или, как в практике сварки назы-
вают, зажигания дуги, требуется'некоторое начальное напряжение Узаж.*
В процессе, и после возникновения вольтовой дуги, сила тока цепи
растет и достигает некоторого установившегося зпачепия По мерс
роста силы тока, при постоянной длине вольтовой дуги, ионизация воз-
душного промежутка улучшается и тем самым уменьшается величина
напряжения Узаж. до рабочего напряжения Ураб.
58
Следовательно, Узаж. должно быть больше Vpa6. Вольтамперная
характеристика вольтовой дуги изображена на рис. 45.
Очевидно, что для целей сварки следует пользоваться нижней частью
кривой, где при изменении силы тока не вызывается изменение напря-
жения и, следовательно, этому моменту соответствует полная стабилиза-
ция дуги.
Рис. 45. Вольтамперная кривая или внешняя
характеристика вольтовой дуги.
Согласно исследованию Айртон величина рабочего напряжения
определяется из следующего уравнения.
Vpa6. = a-!-bl+-^±-— (32)
J
Где—а, Ь, с и d—коэф., зависящие от материала электрода, га-
зовой среды, рода тока и т. п.
1 — длина дуги в мм.
J — сила тока в амперах.
Однако, при пользовании вольтовой дугой для целей сварки, где
сила тока значительна (порядка сотеп ампер!), последним членом урав-
нения можно пренебрегать и тогда формула принимает вид*.
Vpad. = аЫ (33)
Для сварки стальными электродами коэф.
а = 8 - 12, Ь = 2,4-2,5
То же для сварки угольным электродом
а = 35-38; b = 2 -4- 2,5
59
Принимая эти значения и подставляя их в уравнение (32) при
условии длины дуги от 2 до 4 мм, определяемой в зависимости от ди-
аметра электрода, по эмпирической формуле проф. Хренова
1 d 2 / о л \
1.м = —!— мм, (34)
2
где d — диаметр металлического электрода в мм
1М — длина дуги в мм
напряжение Vpa6. — получается в пределах 18-г 25 вольт.
Напряжение Узаж., равное напряжению источника сварочного тока
при холостом ходе, определяется условиями техники безопасности и
практически на существующем оборудовании находится в пределах:
для постоянного тока 30 — 60 вольт
для переменного тока 50 — 65 вольт.
II. Зажигание вольтовой дуги
Зажигание вольтовой дуги при сварке металлическим электродом
несложно, но благодаря наличию столь низкого напряжения зажигания
вызывает некоторые трудности и требует навыка. Техника зажигания
вольтовой дуги представлена на рис. 46 и сводится к следующему: электрод,
короткое прилипание
замыкание электродов
правильно
Рис. 46. Схема зажигания вольтовой дуги.
отвод
электродов
вставленный одним концом в электрододержатель, другим своим концом
при вертикальном опускании приводится в соприкосновение с изделием
и после контакта с последним отводится от него, тогда разряд экстра-
тока вызовет ионизацию среды, и при поддержании постоянной длины
дуги последняя стабилизируется, т. е. становится вполне устойчивой.
Однако, при замедлении разрыва контакта—конец электрода и под
ним изделие настолько сильно разогревается, что электрод прилипает
или, как в сварочпом деле называют, „примерзает* к изделию, и тогда
требуется усилие для его отрыва, При чрезмерно быстром отрыве элект-
60
а в
Рис. 47. Длинная „а“ и короткая
дуга „вв.
рода, раз проскочившая искра разряда не позволяет стабилизироваться
дуге, так как в этом случае конец электрода отошел на слишком боль-
шое расстояние от изделия.'
Однако только возбудить дугу недостаточно, ее требуется все время
поддерживать с определенной длиной, т. е. длина дуги должна быть
таковой, чтобы образовавшаяся капля металла на конце электрода, сте-
кая с него, соединялась с расплавленным основным металлом и за счет
молекулярного натяжения образовывался бы шов. Следовательно, для
этой цели необходимо, помимо посту-
пательного движения электродов
вдоль шва, непрерывно подавать
его вниз. В противном случае длина
вольтовой дуги будет все времи уве-
личиваться и, наконец, наступит мо-
мент, когда горение ее прекратится.
При длинной дуге капля металла
электрода, стекая с него, не будет
соединяться с жидкой ванной металла
изделия, а, падая на него, будет расплескиваться, не давая нужного шва.
На рис. 47 представлена длинная и короткая дуга, а на рис. 48 резуль-
тат ведения сварки на длинной и
короткой дуге (внешний вид шва).
Из указанных рисунков видно,
что при короткой дуге внешний
вид шва получается в виде
валика правильной формы с указа-
нием на наличие провара. При длин-
ной дуге форма валика отсутствует
и имеет место неправильная форма
металла.
Короткая дуга характерна зву-
ковым эффектом в виде шипения с
потрескиванием. Как сказано было
выше, нормальная длина вольтовой
Дуги определяется в зависимости
от диаметра электрода по формуле
проф. Хренова (35)
Рис. 48. Шов, полученный длин-
ной „а“ и короткой ,в“ дугой.
1 d + 2
1М —мм
ы
(34)
На рис. 49 ясно, без дополнительных объяснений, представлены
характерные элементы и термины, действительные для доброкачествен-
ной сварки с короткой металлической дугой.. Глубина провара и, следова-
тельно, кратер находятся в пределах 1,5—3 мм в зависимости от при-
нятого режима сварки (см. ниже). Горение короткой дуги сопровождается
61
кратковременными короткими замыканиями, что в свою очередь предъяв-
ляет особые требования к источнику питания дуги током.
Из внешней характеристики вольтовой дуги (рис. 45) видно, что
последняя, является падающей, следовательно, по характеру внешняя
характеристика источника тока должна быть также падающей. *
метолличеек,
электрод
кратер
длина дуги.
а-глубина
f провара
наплавлен,
металл
основной металл
Рис. 49. Основные термины при установившейся
вольтовой дуге с металлическим электродом.
Кривые источников сварочного тока изображены на рис. 50 в виде
кривых 2, 3, 4 и 5, которые пересекают характеристику вольтовой
дуги, в линии установившегося напряжения, что является безусловно
необходимым фактором и соответствует рабочему току.
- К машинам, питающим вольтову дугу, предъявляется требование,
чтобы т/ок короткого замыкания машин — JKOp. не превышал рабочий
ток JPa6. в два раза и не был бы меньше его, т. е.
। ^кор- 2
(35)
В противном случае сильно ухудшается горение дуги, появляется
разбрызгивание и т. д. Одновременно ухудшается динамическая харак-
теристика машины, т. е. увеличивается время от момента получения
напряжения короткого замыкания VKop.— равного близко к нулю до
рабочего напряжения — Vpa6.
Следовательно, сварочная машина должна обладать дополнительно
и наименьшей инертностью.
На рис. 50 кривые „4“ и „3" соответствуют машинам с непри-
годными внешними харатеристиками, так как у первой > 2, а
Jpa6.
у второй —кор' < 1.
Jpa6.
Кривая „2“ характеризует хорошую внешнюю характеристику. Как
вывод, можно заметить, что внешние характеристики источников тока
62
должны быть падающими и, особенно после пересечения характеристики
вольтовой дуги, крутизна их должна быть большей. Этому условию удов-
летворяют машины, выпускаемые заводом „Электрик44 в Ленинграде.
III. Генераторы постоянного тока
Для лучшего понимания получения падающей характеристики раз-
берем простейшую схему машины постоянного тока системы Кремер,
ранее выпускавшуюся промышленностью и имеющуюся еще на некото-
торых предприятиях. Как видно из схемы машины, представленной на
рис. 49, последняя является схемой противокомпаундного генератора,
состоящего из 3 обмоток возбуждения.
Рис. 51. Принципиальная схема генератора Кремера.
Общий магнитный поток, наводящий Э. Д. С. в якоре, может быть
определен как алгебраическая сумма всех магнитных потоков полюсов
машины, т. е.
ФО = 2ФП. (36)
Тогда Э. Д. С. в якоре определится из формулы
Е = с Фо (37)
где С—постоянный коэф., характеризующий источник тока и определя-
емый по формуле
64
Рп
с —----
60
N -. ю -8
a
(38)
Р — число пар полюсов генератора,
п — число оборотов якоря в мин.,
N — число проводников в якоре,
а — число параллельных ветвей в якоре.
Возвращаясь к схеме рис. 51 находим, что в генераторе имеются
3 обмотки возбуждения: 1) обмотка независимого возбуждения „Iм, пи-
таемая от постороннего источника. 2) Шунтовая обмотка „2“, питаемая
от клемм якоря и 3) обмотка сериесная „3“. Направление магнитных
потоков таково, что обмотки „1“ и „2“ действуют согласно, а магнитный
поток, создаваемый сериесной обмоткой, направлен противоположно им.
Следовательно, при холостом ходе машины, когда дуга не горит,
Э. Д. С. якоря создается потоками Фн — независимой обмотки и Фш —
шунтовой, т. е.
Е = с Фо —с [Фн + Фш] (39)
При этом, напряжение на зажимах генератора равно Э. Д. С. якоря,
поэтому можно написать:
Vren. = Е = С [Фн-|-Фш] (40)
и согласно предыдущего VreH<— должно быть равным или больше Узаж<
т. с. VreH. 5^Узаж. (41)
в противном случае невозможно было бы зажечь дугу. При работе дуги,
т. е. в момент ее стабилизации и стекания капель металла с конца
электрода, в сварочной цепи и, следовательно, через сериесную обмотку
„3“ протекает ток. Последний, протекая через сериесную обмотку, соз-
дает уагнитный поток Фс, направление которого противоположно по-
токам шунтовых обмоток, и следовательно, тем самым уменьшается общий
поток Фо.
Вследствие этого, Э. Д. С. якоря и напряжение на зажимах его
падает, а отсюда уменьшается и поток Фш 2-ой обмотки. Остается
постоянным лишь поток Фн как получающийся в результате питания
током обмотки от постороннего источника.
Тогда Ея = с[Фн + Фш-Фс] (42)
Пренебрегая сопротивлением вольтовой дуги, напряжение на зажи-
мах генератора равно Э. Д. С. якоря за вычетом падения напряжения в
сопротивлении якоря йя и сериесной обмотки Rc т. е.
Уген. “ Ея — Jpa6. [йя “J” Rc ] (43)
отсюда, согласно уравнению (41)
Уген. = С [Фн + Фш — Фс ] — Jpa6* [Ra ~|- Rc ] (44)
5 Краткий курс сварки
65
i?. e. по мере увеличения силы тока напряжение на йлеммах генератора
будет падать или, что то же, внешняя характеристика этого генератора
суть падающая.
При коротком замыкании, когда VreH. = 0, вследствие отсутствия
потока от шунтовой обмотки Фш, Э. Д. С. индуктируется разностью по-
токов Фс и Фн и расходуется на преодолевании сопротивления якоря и
сериесной обмотки.
Ея = с [Фн - Фс ] = Jkop. [Rsi + R ] (45)
Отсюда:
Так как
^ген. Eq Jkop. [Ra “f” Rc ] — О.
Типовые внешние характеристики машин со схемой Кремера пред-
ставлены на рис. 50. Регулируются эти машины помощью реостатов,
включенных в цепи обмоток. Машины по схеме Кремера, как было ука-
зано выше, в настоящий момент уже не строятся, так как появились
более совершенные и не требующие дополнительной машины (основной
недостаток этих машин) или источника постоянного тока для питания
независимой обмотки.
Рис. 52. Типовые., внешние характеристики
генераторов по схеме Кремера.
Современные машины постоянного тока типа СИГ-2, СУГ-26 и т. п.
строятся по другому принципу получения падающей характеристики,
именно за счет влияния магнитных полей реакций якоря и изменения
магнитной индукции в полюсах генератора, или так называемые генера-
торы системы с расщепленными полюсами, работающие по принципу
самовозбуждения. Схема генератора СМГ-2 представлена на рис. 53 и 54.
Из схемы следует, что конструктивно генератор состоит из 4 полюсов,
а электрически является 2-полюсным, так как в отличие от обыкно-
венных генераторов последний имеет попарное расположение одноимен-
ных полюсов, электрически представляющих собою как бы расщепленный
66
одип полюс па 2. Одна пара полюсов, носящая название главных, для
большего магнитного насыщения имеет вырезы, другая пара полюсов,
носящая название поперечных, не имеет вырезов и не является насы-
щенной (см. рис. 53). Такая система полюсов создает два взаимно пор-
Рис. 53. Принципиальная схема генераторов самовозбуждения типа СМГ
со взаимно перпендикулярными полями.
пендикулярных магнитных потока, которые под влиянием реакций
якоря при нагрузке могут меняться независимо друг от друга. Обмотки
полюсов питаются током от щеток на коллекторе. Следовательно, гене-
5* 67
ратор является самовозбуждагощимся. На коллекторе установлены две
основные щетки и одна вспомогательная. Питание полюсов производится
от одной основной и одной вспомогательной щеток.
При расположении щеток на нейтрали и нагрузке, т. е. при работе
вольтовой дуги, поток от поперечной реакции якоря замыкается через
лежащие рядом одноименные полюсы, причем в главных полюсах он
идет по направлению основного потока, а в поперечных—против. Так
как главные полюсы являются насыщенными, то поток от реакции якоря
не скажется на потоке этих полюсов. Что же касается поперечных по-
люсов, то вследствие размагничивающего действия реакций якоря по-
ток их уменьшается и, следовательно, чем больше будет реакция якоря,
т. е. чем больше будет ток якоря, тем меньший будет поток Фпоп,—от
поперечной системы полюсов.
Так как Фо = Фгл + Фпоп.
и Е = С Фпоп.
то ясно, что за счет изменяющегося—Фпоп получается падающая харак-
теристика генератора.
Рис. 54. Схема генератора типа СМГ—2.
Для большей крутизны внешней характеристики генератора, на по-
перечных полюсах расположена дополнительнаи шунтовая обмотка (см.
рис. 54), которая вместе с включенным в нее омическим сопротивле-
нием, улучшает динамическую характеристику генератора.
68
Для регулировки сварочного тока, в цепь основного возбужде-
ния поперечных полюсов включается реостат. Для регулировки гене-
ратора на предельных силах тока, имеется возможность сдвигать щетки
по коллектору. При сдвиге щеток с нейтрали по направлению движения,
помимо поперечной реакции якора, будет действовать и Фпр. — продоль-
ная реакция, направление которой противоположно магнитному потоку
главных полюсов и, следовательно, ток короткого замыкания будет меньше.
При сдвиге щеток против вращения якоря, продольная реакция увели-
чивает поток Фо, и тем самым ток короткого замыкания. Напряжение на
клеммах генератора „СМГ-2“ — 40 вольт, сила тока при продолжительной
работе—250А. При часовой работе 310А4- 350А. Число оборотов мотора
1430. Таким образом, сварочная машина СМГ-2 допускает работу метал-
лическими электродами в пределах диаметров, предусмотреных ОСТом,
до 6 мм.
Генератор приводится во вращение мотором 3-фазного тока в 14 квт. *
Принципиальная схема этой машины, взятая для машины ДЖИ, пред-
ставлена рис. 53. Векторная диаграмма внутри схемы указывает на
направление перпендикулярных потоков и результирующий поток Фр,
как геометрическую сумму Фгл, и Фпоп.
IV. Род тока и многопостовая сварка
Помимо постоянного тока; для целей дуговой сварки применяется
переменный ток. По современному состоянию сварочной техники влия-
ние рода тока на технологический результат сварки не сказывается.
Объясняется это тем, что, применяя качественные обмазки электродов
(см. ниже), достигают механическую прочность шва одинаковой, незави-
симо от рода тока. Однако, постоянный ток имеет преимущества при
сварке цветных металлов, специальных сталей и сталей малых толщин
(до 2 мм)/ Первоначальные затраты у машин постоянного тока пре-
вышают затраты на сварочные аппараты переменного тока. То же и
эксплоатационные расходы. За последнее время стали развиваться ма-
шины постоянного тока, по мощности пригодные для питания одновре-
менно нескольких сварщиков, —так называемые многопостовые машины.
У таких машин, генераторы обязаны иметь не падающую характери-
стику, а прямую. В противном случае при зажигании дуги одним свар-
щиком, второй зажечь дугу не сможет, так как в этот момент напря-
жение на зажимах вольтовой дуги будет равно рабочему, т. е. мень-
шему чем напряжение зажигания. Причина, побуждающая принять много-
постовые машины, заключается в том, что коэфициент использования
электросварочного поста, равный отношению времени действительной
работы дуги к времени работы поста ——— = ? колеблется от 0,5 до
0,75— является низким и позволяет учитывать коэфициент одновремен-
ной работы машин в цехе, т. е.
69
где Mg—количество машин, единовременно работающих на горении дуги.
Му—количество машин, установленных в цехе.
Коэфициент одновременности „Ко “ для хорошо организованных
цехов бывает равным 0,6.
Вышеуказанное позволяет применять меньшую мощность машины,
чем арифметическая сумма всех мощностей постов, включаемых на нее.
Т. е. суммарная сила тока многопостовой машины будет равна:
J = i п Ко (48)
или отсюда количество постов, возможных к питанию одной многопо-
стовой машиной, будет
J
п =---------
i • Ко
Где J — Сила тока генератора многопостовой машины;
i — Сила тока, потребная на каждый пост;
Ко—Коэф, одновременности;
п — Количество сварочных постов.
Естественно, что потребная на каждом электросварочном посту па-
дающая характеристика должна осуществляться за счет питания по-
стов через балластные сопротивления, включаемые последовательно с
вольтовой дугой. Выбор системы питания сварочных постов током зави-
сит в полной мере от экономической стороны вопроса и решается для
каждого случая различно. Однако, при сосредотачивании электросвароч-
ных работ на небольшом участке в большом количестве —и при пита-
нии постоянным током более целесообразно ставить многопостовые машины.
Машина или агрегат состоит из 3-фазного мотора переменного тока и
генератора постоянного тока с прямой характеристикой.
В СССР многопостовые агрегаты строятся типа СМГ-4 на 1.500
ампер при 60 вольта\ и годятся для питания током от 6 до 10 постов.
При продолжительной работе сила тока генератора допускает нагрузку
в 1000 ампер.
V. Питание вольтовой дуги переменным током
При сварке на переменном токе, условия стабилизации и зажига-
ния вольтовой дуги между металлическими электродами, по сравнению с
постоянным током, значительно ухудшается. Обуславливается это тем,
что при переменном токе напряжение меняется синусоидально, т. е.
не только по величине, но и по направлению. Следовательно, такие же
изменения будут и на зажимах вольтовой дуги, т. е. 100 в секунду.
Отсюда можно сделать вывод, что не во всякий момент на зажимах
вольтовой дуги имеется достаточное напряжение для зажигания ее (на-
пряжение изменяется по синусойде). При достижении напряжения,
70
нужного для зажигания величины, произойдет разряд тока, который
до некоторой степени ионизирует воздушный промежуток между элект-
родами (электродом и изделием); однако, синусоидальное изменение
напряжения приведет к быстрому изменению полярности и остыванию
точки, где произошел разряд тока. Это обстоятельство предопределяет
перерыв в горении дуги и, следовательно, ухудшает ионизацию воздуш-
ного промежутка, что в свою очередь затрудняет возникновение дуги и
ее существование. Поэтому, для облегчения зажигания и стабилизации
дуги применяют обмазку электродов специальным составом, который при
сгорании изменяет^газовую среду, где происходит разряд тока и тем
самым облегчает горение дуги. Частицы сгорающей обмазки являются
носителями электронов и сама обмазка будет ионизирующей. (Состав об-
мазки см. ниже).
Для питания вольтовой дуги переменным током служат понизитель-
ные трансформаторы. Принципиальная схема сварочного поста представ-
лена рис. 55. Из схемы следует, что пост состоит из трансформатора „А“
и регулятора „Б“. Первичная обмотка трансформатора включается в
общую сеть 220, 380 или 500 в, вторичная обмотка обычно имеет на
зажимах 60 — 65 вольт.
Рис. 55. Принципиальная схема включения сва-
рочного трансформатора с регулятором. (Пост
переменного тока).
Несколько повышенное (против постоянного тока) напряжение вто-
ричной обмотки объясняется вышеуказанными трудностями стабилизации
и зажигания дуги. Далее, в цепь последовательно с вольтовой дугой вклю-
чается регулятор тока. Регулятор представляет собою индуктивное сопро-
тивление в виде дросселя, в котором возможно изменение индуктивного
сопротивления путем регулируемого воздушного зазора в железе послед-
71
пего. Падающая внешняя характеристика создается дросселем, который
одновременно и служит ограничителем тока короткого замыкания.
Известно, что:
V
J = -^~ (50)
и
или
V
где J — сила тока в амперх,
V — напряжение в вольтах,
Z — кажущееся сопротивление в цепи переменного тока,
R— омическое сопротивление в омах,
X — индуктивное сопротивление в омах.
Величина омического сопротивления дросселя остается примерно
постоянной, следовательно, изменяя индуктивное сопротивление возможно
изменять силу тока в цепи при заданном, почти неизменяющемся, на-
пряжении вторичной обмотки трансформатора.
Магнитное сопротивление дросселя складывается из сопротивления
железа и воздушного промежутка (зазора), т. е.
Z Rm = R« + Rb.3., (52)
где RM — магнитное сопротивление дросселя,
R>k — магнитное сопротивление железа дросселя,
Rb. з. — магнитное сопротивление воздушного зазора в желез-
ном сердечнике дросселя.
Так как величина R>k для каждой конструкции является почти
постоянной, то изменение силы тока в сварочной цепи возможно осу-
ществить путем изменения воздушного зазора в железе дросселя, т. е. RB. 3.
Существующие конструкции сварочных трансформаторов предусмат-
ривают возможность изменения воздушного промежутка в железе
дросселей, выполняемых в виде отдельных корпусов. За последнее
время разработаны конструкции, где дроссель и трансформатор нахо-
дятся в одном корпусе и имеют общее железо. Такие конструкции поз-
воляют экономить как железо, так и медь или алюминий на обмотку.
Физически, регулирование силы тока в сварочной цепи следует предста-
вить себе в следующем виде: ток самоиндукции дросселя имеет обратное
направление основному току сварочной цепи; с уменьшением тока само-
индукции увеличивается основной ток. Уменьшение тока самоиндукции
следует за увеличением воздушного зазора в железе дросселя.
В практике, на существующем оборудовании, маховичек или'ручка
регулятора, при повороте вправо увеличивает зазор в железе и, следо-
вательно, силу тока в сварочной цепи, Во избежание сильного гудения
72
от колебания подвижного железного сердечника регулятора (дросселя),
последний укрепляется специальными стопорными болтами.
На рисунке 56 показан общий вид и схема сварочного трансфор-
матора типа СТЭ-32 и регулятора РСТЭ-32, изготовляемых в СССР заво-
дом „Электрик". Буквой „Р“ обозначена ручка для регулирования за-
зора и вС“ — стопорный болт регулятора. Для лучшей транспортабель-
ности как трансформатор так и регулятор установлены на колесах.
Данные по этому трансформатору сведены в таблицу 4.
Рис. 56. Общий вид сварочного поста с питанием от
трансформатора типа СТЭ и регулятора типа РСТЭ.
ч
£рСТЭ-32 1
•д
Данные сварочных трансформаторов типа С Э-32 н СТЭ-22
Таблица 4
Тип Первичное напряжение волы Вторичное напряжение вольт Мощность КВТ Свароч- ный ток ампер Пределы регулиро- вания
СТЭ-32 220* 380-500 65 28,5 кв. 450А 1504-700А
СТЭ-22 220* 380- 500 65 13,4 кв. 200А 70 4- 300А
Трансформаторы работают через регуляторы. Указанный аппарат
типа СТЭ-32 был выпущен недавно и имеет максимальную мощность из
всех ранее выпущенных аппаратов. Объясняется это тем, что рабочие
^сварщики, применяя стахановские методы работы, употребляют диаметры
электродов выше 6 мм и работают на больших плотностях сварочного
тока. Для работы на диаметрах электрода до 6 мм выпускается сва-
рочный аппарат типа СТЭ-22, который конструктивно является прото-
типом СТЭ-32, по рассчитал на меньшую силу тока, т. е. до 200А при
НКР—75%. Однако по своцм внешней и динамической характеристи-
73
кам, последний сильно затрудняет зажигание и стабилизацию вольтовой
дуги, поэтому к нему прилагается дополнительный вспомогательный
аппарат—активизатор или, как его называют, осцилятор, назначение
которого сводится к получению токов высокого напряжения и частоты.
От осцилятора, ток высокой частоты накладывается параллель-
но основному току вольтовой дуги и, тем самым искусственно
А В М
Рис. 57. Принципиальная схема осцилятора:
а—повысительный трансформатор, в—искровой разрядник,
к с—конденсатор, м, м—катушки самоиндукции.
создается высокое напряжение и частота на вольтовой дуге, что в свою
очередь значительно облегчает как зажигание дуги, так и ее стабили-
зацию. Включение осцилятора в цепь сварочного тока в других (чем
СТЭ-22) трансформаторах создает возможность горения дуги без обмазки
на металлическом электроде.
Схема устройства осцилятора представлена на рис. 57. Осцилятор
представляет собой колебательный контур, питание которого осущест-
вляется от повысительного трансформатора „А*. Контур состоит из
искрового разрядника „Ви, конденсатора „С* и катушки самоиндук-
ции ПМ“. Питание током первичной обмотки повысительного транс-
форматора осуществляется от вторичной обмотки сварочного трансфор-
матора или от сети. При включении осцилятора, под действием высо-
кого напряжения, в разряднике „В“ проскочит искра, которая крат-
ковременно замыкает катушку самоиндукции „М“ на конденсатор „С/,
ранее заряженный током вторичной обмотки повысительного трансфор-
матора „Аа (т. е. до момента достижения напряжения максимальной
величины).
Следовательно, в момент проскакивания искры конденсатор разря-
дится на катушку М, которая в свою очередь током самоиндукции будет
заряжать конденсатор в обратном направлении.
И так как:
f =—-------------,
2* / L. С
где f — частота переменного тока в пер/сек.,
L — коэф, самоиндукции катушки в генри,
С — емкость конденсатора в фарадах,
74
то, следовательно, подбирая соответственно L и С, можно получить раз-
личную (нужную) частоту тока в контуре. В существующих конструк-
циях, частота колебательного контура колеблется в пределах от 250 000
герц до 1 000 000 герц. Согласно представленному рис. 57,
с‘ем высокой частоты с колебательного контура осуществляется индук-
тивно, что вполне удовлетворяет условиям техники безопасности, так
как в случае непосредственной связи и пробития (порчи) конденсатора,
на руки сварщику попадает ток низкой частоты (50 пер/сек), но высо-
кого напряжения, и сварщик может получить поражение.
Рис. 58. Схема включения оспилятора на сварочный пост.
Напряжение вторичной обмотки трансформатора „А“ в различных
конструкциях колеблется от 2500 в до 3500 в. В некоторых конструк-
циях осцилятор имеет непосредственную связь (тип Рентгеновского з-да).
Схема включения осцилятора со сварочным трансформатором представ-
лена рис. 58 —она ясна без дополнительных пояснений.
Заканчивая раздел питания током вольтовых дуг, следует ука-
зать, что за последнее время, в целях экономии основного времени, на
горение вольтовой дуги и экономию металла на электроды применяют
автоматы для сварки различных изделий.
VI. Автоматическая головка
Основным узлом автомата является автоматическая головка, которая
призвана к автоматическому поддерживанию и зажиганию вольтовой дуги.
Остальные узлы являются лишь механизмами для привода изделия или
головки. Принцип устройства автоматических головок основан на свой-
стве вольтовой дуги при изменении длины последней, изменять напря-
жение согласно уравнению Айртон Vpa6. — a-J-bl мм.
Принципиальная схема автоматической головки, выпускаемой заводом
„Электрик", типа АГ II представлена рис. 59 и 60; из них следует, что
основным приводом механизма подачи проволоки (электрода) служит фрик-
ционная передача через конусы „А“ и „В" и главный конус „С“.
Конуса “А" и „В“ сидят жестко на одном валу и приводятся во вра-
щение через муфту „Ди мотором „Е“. В зависимости от надобности,
муфта „Д“ позволяет прижиматься одному из конусов „А" или „В“
к конусу „С",—тем самым задавая ему вращение в одну или другую
75
сторону. Конус ЯС“ через механизм головки передает свое вращение на
ролик „Д“, к которому отжимным роликом „Е“ прижата электродная
проволока, и так как указанные ролики имеют насечку, то проволока
приводится в движение. На валу конусов „А* и „Ви насажены электро-
магнитные катушки „Ак" и „Вк“, питание током которых осуществляется
от сети постоянного тока через контакторы реле, которое в свою очередь
питается напряжением вольтовой дуги. При коротком замыкании, или
близко к нему, т. е. когда напряжения на'вольтовой дуге мало, электро-
магнитное реле „Ре" не в состоянии притянуть якорь „0“ и последний
под действием пружинки „Пр“ замыкает ток на катушку „Ак", вслед-
ствие чего под действием магнитного поля прижимается конус „А“ к
главному конусу „С“, и механизм приводит в движение проволоку от
изделия, т. е. увеличивает дугу. При длине дуги соответствующей опре-
деленному напряжению, превышающему установленную величину, под
действием магнитного потока якорь „0 й притянется к катушке реле
и тем самым замкнет на ток катушку „Вк“, что вызывает прижатие
к конусу „С“ конуса „В" и вслед за этим изменяется направление
движения проволоки.
Рис. 59. Принципиальная схема автоматической головки.
Е — мотор, Д—соединительная муфта, А, Б—фрикционные конусы,
Ак , Вк —электромагниты, д, к—приводные ролики, Р—реле, О—якорь
реле, ПР—оттягивающая пружина.
76
Головка имеет дополнительный
мотор для создания поперечных
качаний конца электродной прово-
локи. Поступательное движение для
образования шва осуществляется, как
сказано было выше, либо механиз-
мом движения головки (для продоль-
ных швов), либо механизмом дви-
жения изделий (круговые швы).
Катушки электромагнитов пи-
таются постоянным током от спе-
циального агрегата.
В настоящее время, строятся
автоматические головки для питания
от сети как постоянного, так и
переменного тока, на металлическом
электроде и резко намечается при-
менение автоматов с угольной дугой.
Также развивается применение авто-
матов, работающих на больших плот-
ностях тока, при которых металли-
ческая дуга горит, скрытая во флюсе.
В этом случае при большой ско-
рости подачи проволоки применяется
большая сила тока, повышающая
производительность.
Рис. 60.
Общий вид автоматической го-
ловки.
VII. Размещение оборудования и коммутация
тока
При небольшом объеме работ желательно около каждого свароч-
ного места (поста) иметь источник сварочного тока, не отдаляя его.
Устанавливаются источники тока в местах, свободных от производствен-
ного процесса. В этом случае подводка тока от источника осущест-
вляется гибкими проводами нужного сечения, которое проверяется лишь
на допустимую плотность тока. Сечение проводов составляет от 35 мм2 до
90 мм2. Подводящие провода к источнику тока выбираются в зависимости от
питающего их напряжения и находятся в пределах от 25 мм2 до 10 мм2.
Для указанных выше сварочных трансформаторов, сечение проводов
проверяется дополнительно на допустимое падение напряжения. При
многопостовой сварке и централизованном питании подводку проводов
сварочной цепи возможно осуществлять в виде шин, проложенных на изо-
ляторах по стенам или в специальных канавах. Медные шины, особенно
один привод, можно заменять железными (в частности использовать
рельсовый путь), при этом, допускаемое сечение принимается в 1,7 раза
более, чем для меди.
77
VIII. Металлургия сварка
Независимо от вида сварки место, подлежащее сварке, доводится до
высокой температуры, а в некоторых способах и до плавления. Следо-
вательно, при сварке мы имеем металлургический процесс, протекающий
на небольшом объеме металла и в очень малый промежуток времени.
Образовавшаяся под действием пламени горелки или вольтовой дуги
жидкая ванна, тем или иным путем приходит в соприкосновение с окру-
жающими ее газами и в частности с кислородом и азотом воздуха.
Отсюда следует, что металл изделия и присадочный материал будут пре-
терпевать физико-химические изменения. В основном, под действием
высокой температуры и влиянием окружающей среды металл шва будет
обогащаться кислородом и азотом, а также будет иметь место выгорание
различных элементов из металла шва. В таблице 5 представлены
изменения химического состава компонентов присадочного металла.
Таблица 5
Угар отдельных элементов при ведении сварки
плавлением
Способ сварки Металл Элементы
С Мп Si о2 N2
Газовая сварка Проволока 0,11 0 67 0,04 0,053 0,007
Наплавка 0,057 0,12 след, 0,053 0,024
Дуговая с металл, электр. Электрод 0,07 0.39 0,1 0,053 0,097
Наплавка 0,04 0,08 0,01 0,215 0,152
Помимо изменений в химическом составе металла, будут иметь
место и структурные изменения. При дуговой и газовой сварке металл
шва имеет литую структуру, отличную от обычной, потому что время,
идущее на расплавление, крайне мало и процесс остывания, т. е. за-
твердевание металла, протекает крайне быстро.
Отличие заключается в размере зерна, т. е. металл шва, если он
выполнен без особых мероприятий, получается мелкозернистым с пута-
ным столбчатым строением. При дуговоц сварке с голым электродом
благодаря насыщению шва азотом, структура последнего составляет ни-
тридные включения в виде игл и представлена рис. 61.
78
При газовой сварке металл изделия подвергается нагреву на боль-
шем участке, и остывание его происходит значительно медленнее. По-
этому размер зерен расплавленного металла здесь будет крупнее, чем
Рис. 61. Микроструктура металла
шва, выполненного дуговой сваркой
с голым электродом.
при электродуговой сварке. На рис. № 62 представлены структуры
В
Рис. 62. Микроструктура металла при газовой сварке.
А—металл шва, В—металл изделия.
металлоизделия, подверженного наплавлению газовой горелкой и непод-
верженного. При сварке, помимо структурных изменений в наплавленном
металле, мы будем иметь также изменения, в зонах прилегающих к шву.
Практически, различают три зоны: 1) переходная зона от наплавленного
79
металла к основному, т. е. участок, непосредственно прилегающий к
наплавке, со структурой перегретого металла, 2) следующий за ним
участок с нормализованной структурой и 3) участок с неполным струк-
турным превращением, ввиду нагрева его, несколько выше критической
точки ACj.
Величины этих зон для различных видов и способов сварки
различны. Зоны термического влияния у газовой сварки являются наи-
большими, а при дуговой сварке с электродами, покрытыми шлакообра-
зующей обмазкой—наименьшими.
IX. Технология и техника ведения дуговой сварки
металлическим электродом
Выше было указано, что возбуждение вольтовой дуги между ме-
таллическими электродами (т. е. при сварке по способу Славянова)
крайне затруднительно по причинам наличия на зажимах вольтовой дуги
низкого напряжения.
Поэтому техника зажигания вольтовой дуги и ее стабилизация
при ведении процесса сварки являются первостепенными.
В установившейся вольтовой дуге, при номинальной ее длине,
имеют место нижеследующие элементы переноса металла электрода в шов
(см. рис. 63).
Рис. 63. Явления в установившейся вольтовой дуге с металлическим
электродом.
1) „А" под действием высокой температуры вольтовой дуги рас-
плавляется конец электрода „Ъ“ и лежащий против него участок основ-
ного металла »f“. В указанных точках расплавленный металл защищен
пламенем дуги „еи.
Таким образом, на конце электрода набухает капля металла, кото-
рая в дальнейшем переходит в жидкую ванну основного металла.
2) Капля, стекая с конца электрода, приводит к молекулярному
сцеплению—металл электрода с металлом изделия—и вызывает корот-
кое замыкание „С“, что приводит к кратковременному потуханию дуги.
80
3) Вледствие молекулярного натяжения, капля отрывается от конца
электрода „Д" и тем самым прекращается короткое замыкание, т. е.
дуга опять вспыхивает, и процесс продолжается в вышеуказанном по-
рядке. Давая поступательное движение электроду, капля застывает и
образует шов (ЛА“) „Ь“.
Необходимейшим условием для осуществления вышеуказанных цик-
лов и получения доброкачественного шва является: короткая дуга,
соответствующая сила тока, равномерная скорость продвижения элект-
рода и правильный угол наклона электрода, т. е. правильное направ-
ление вольтовой дуги.
X. Выбор силы тока
Качество сварки в первую очередь наряду с длиной дуги зависит
от режима тока. Недостаточная сила тока приводит к полному непро-
вару, позиция .Б“ (рис. 64), а чрезмерная сила тока при неправильном
ведении электродом приводит к поджогу основного металла „В“ (рис. 64)
или, как в сварочной технике выражаются, приводит к подрезам, что
ослабляет основной металл около шва. Правильно выбранная сила тока
и короткая дуга приводят к нормальному провару „А“ (рис. 64) и ха-
рактеризуется валиком правильной формы без подрезов и наплывов
металла.
А Б В
Рис. 64. Поперечное сечение швов, выполненных
различной силой тока и длиной дуги.
А—нормальный режим, Б—недостаточная сила
тока, В—большая сила тока и длинная дуга,
Сила тока выбирается в зависимости от диаметра применяемого
электрода и определяется плотностью тока на каждый мм диаметра
электрода, т. е.
J = Bd, (54)
где В—плотность тока на мм диаметра электрода для стальных электро-
дов принималось равным 35-4-37 амп. Однако, как опыт показал,
можно допускать для электродов с диаметром до 6 мм В = 40-г 50 амп.
6 Краткий курс сварки
81
Точнее, необходимая сила тока может быть подсчитана по формуле
(Лебрин)
J = [k — 0,Id] • [d2 + 4d], (55)
где К —коэф., зависящий от материала и равный для стали (малоугле-
родистой) 6-4-7,
d — диаметр электрода в мм.
Следует указать, что стахановцы-сварщики применяют в своей ра-
боте большие диаметры электродов и работают на больших плотностях
тока—до 50d, что безусловно требует определенного навыка для полу-
чения доброкачественного шва. Работа на больших плотностях тока вы-
зывает до определенного предела рост производительности.
На силу тока, в зависимости от диаметра применяемого электрода,
дополнительно влияет толщина материала, т. е. чем больше последняя,
тем большую плотность тока можно допустить.
XI. Угол наклона и путь электрода
Дать точный угол наклона электрода к изделию—задача трудная,
так как он зависит от условия сварки в смысле расположения шва в
пространстве.
Однако наилучшие результаты в смысле проникания дуги полу-
чаются при угле, близком к 90°, чаще всего, угол наклона электрода
принимают 75—70° по направлению движения, так, как это показано
рис. 65, или точнее, угол наклона электрода от вертикали составляет
наклон
Рис. 65. Угол наклона металлического электрода
при дуговой сварке.
Поверхность
" наплавки
^направление
^ви&ёния %
электрода &
'ноплМа
около 20°, т. е. вольтова дуга должна быть направлена на образующийся
шов. Если угол наклона электрода взять в обратную сторону, т. е. воль-
тову дугу направить не на шов, то стекающие капли с электрода будут
82
дуги будет
Рис 66. Путь тон-
ко обмазанного
электрода при вы-
полнении стыко-
вого и таврового
соединения.
„примораживать* электрод к изделию, так как основное тепло вольтовой
на нагрев места, в дальнейшем заполняемого
металлом электрода и будет попадать, па до
некоторой степени остывший металл. Электрод
необходимо по мере стекания капель непрерывно
подавать вниз, поддерживая дугу короткой. Поми-
мо поступательного движения электрода, необ-
ходимо, в зависимости от рода шва (подготовка
кромок, толщина металла, тавровый шов и
т. д.), производить поперечные колебания
определенной конфигурации,указание рис. 66.
Здесь положение „а* соответствует сварке
небольших толщин, „в“ при сварке средних
толщин (10—12 мм) за один проход и
(рис. 67) при сварке стыковых и тавровых со-
единений.
Указанный путь сварки „треугольником*
(рис. 67) является наиболее целесообразным и
дающим лучшие механические результаты шва.
При сварке стали, начиная с толщин 8 мм, рекомендуется шов вы-
полнять в 2 и несколько слоев, причем первый слой выполняется без
поперечных колебаний. Послед-
ний слой, или как его называют,
„перекрывающий*, всегда вы-
полняется с поперечными зиг-
загообразными колебаниями
(„а* рис. 66). Следует ука-
зать, что стахановцы-сварщики,
применяя большие диаметры
электродов (10 —12 мм),
сварку стали толщин до 12 —
15 мм выполняют без подго-
товки кромок в один проход—
без поперечных колебаний.
электрода в пре-
делах до 6 мм выбирается в
зависимости от толщины сва-
риваемых деталей в среднем
таким образом: при 5 мм диам. электрода = 2 4- 3 мм
S = 8 мм „ я 4 мм
S=10mm „ „ 5 мм
S=12 мм „ „ 6 мм
электрода при выполнении стыко-
вого и таврового соединения.
Электроды изготовляются согласно ОСТ 20032 —39 длиной 350 мм 4—
450мм и следующих 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 и 12 мм.
6* 83
Электроды (проволока) изготовляются 4 марок, отличающихся по
химсоставу, последний представлен в таблице № 6.
Таблица 6
Химсостав электродов по ОСТ 20032—39
Марка химсостав в о/о С Si Мп S Р Цвет маркировки
I 0,до — 0,10 Мах. 0,03 0,35- 0,60 Мах. 0,04 Мах. 0,04 белый
II 0,ll- о.20 0,03 0,4- 0,6 0,04 0.04 зеленый
III 0.11— 0,20 0,03 0,6- 0,9 0,04 о;о4 желтый
IV 0,6— 0,75 0,12 0,50— 0,80 0,04 0,04 голубой
Марка I и II применяются д/сварки малоуглеродистой стали.
Марка III—для сталей повышенной твердости.
Марка IV—для наплавочных работ высокой твердости.
Покрытие электродов—обмазки.
Покрытые электроды делятся на электроды с ионизирующей (тон-
кой) обмазкой и качественные электроды (толстообмазанные). В зави-
симости от требований к шву, применяют ту или иную обмазку.
Ионизирующие обмазки являются стабилизирующими, сле-
довательно, назначение их сводится к поддерживанию вольтовой дуги
при работе главным образом на переменном токе.
Однако, даже ионизирующая обмазка при своем сгорании покры-
вает участок действия вольтовой дуги газовой средой, которая защищает
до некоторой степени металл шва от окисления и нитрирования (за счет
кислорода и азота воздуха) и тем самым повышает механические каче-
ства наплавленного металла.
Средние сравнительные данные по механическим испытаниям образ-
цов, выполненных электродами с ионизирующей обмазкой и голым элект-
родом, представлены таблицей 7.
84
Таблица 7
Сравнительные данные механической прочности
сварных обравдов
Род испытания Основной металл Шов, вы- полненный обмазкой Шов, вы- полненный голым электродом Размерность
Временное сопротив- ление разрыву . . 39,0 41,0 42,5 кг/мм3
Угол загиба образца 1800 28,3 53,0 градусы
Ударная вязкость образец Менаже • 14,15 1.27 0,65 кгм/см2
Примечание. Род тока—постоянный.
Полярность—прямая. Данные средние для Ст.—3.
В начале развития сварочного дела в СССР применялись газообра-
зующие обмазки из мела и жидкого стекла, которые в настоящий момент
носят название ионизирующих.
Газовая защита, по опыту ряда исследователей, может быть осуще-
ствлена за счет введения в обмазку органических веществ в виде дре-
весной муки, крахмала, декстрина и др. различных карбонатов, как-то’,
мел, углекислый калий, углекислый барий и др.
Указанная выше меловая обмазка была вполне удовлетворительной
в смысле стабилизации дуги и, до некоторой степени, как это видно из
таблицы 7, повышает механические качества наплавленного металла
(по сравнению с голым электродом), однако имеет крайне низкие показа-
тели вязкости шва.
В дальнейшем выпущенные промышленностью электроды ВЭТ № 3
с составом:
Мел—18,2% (по весу)
Углекислый барий—18,2%
Каолин—18,2о/о
Титановая руда—36,2%
хотя сильно и осложнили обмазку, однако чувствительного результата по
сравнению с обычной, крайне простой меловой обмазкой не дали.
Ионизирующая обмазка накладывается на электрод слоем толщиной до
0,2—0,3 мц^на сторону и, следовательно, электроды с такой обмазкой
являются токообмазапными. Вес обмазки составляет 3,8% от веса элек-
рода. По мере развития сварочной техники, роста требований к свар-
85
ному шву и, главным образом к вязкости его, привело к применению
качественных электродов, которые применяются как на переменном, так
и на постоянном токе.
Качественные электроды. Эти электроды могут быть названы
комбинированными, так как независимо от их состава, влияющего на
качество шва, они обязаны иметь в своем составе элементы иони-
зирующих обмазок, необходимых для стабилизации вольтовой дуги.
Бак было указано выше, в процессе горения дуги металл изделия
и шва претерпевает ряд изменений, вызванных как высокой температурой
процесса, так и быстрым охлаждением. Для уменьшения этих влияний
призвана качественная обмазка. Качественная обмазка при сгорании
покрывает металл шва слоем шлака, который, помимо прочих действий,
предохраняет последний от быстрого остывания и тем самым улучшает
механическую прочность стыка. Помимо шлакообразующих элементов, в
качественной обмазке содержатся элементы, необходимые для компенса-
ции угара в процессе сварки.
Наиболее употребительные элементы, входящие в состав обмазок для
сварки стали, являются: смеси окислов Mg, Мп, Са, Fe, Al и Ti
с кремнеземом или силикатами К, Na, Al, Fe, Mg и Са.
Компоненты обмазок мелко раздробляются (3500 — 4000 отверстий
на 1 см2), перемешиваются и, на растворе жидкого натрового стекла на-
носятся на металлические электроды. Нанесение обмазок осуществляется
либо вручную—окунанием в жидкое месиво (концентраций сметаны),
либо на специальной машине под давлением. Качественные обмазки на-
носятся на электрод более толстым слоем, чем ионизирующие обмазки.
В среднем, толщина слоя составляет 0,7514-1,2 мм на сторону и поэтому
они называются тяжелопокрытыми или толстыми обмазками. Толщина
слоя обмазки при ручном изготовлении определяется скоростью вынима-
ния электрода из сосуда с обмазкой и неоднократностью окунания. Вес
покрытия электрода составляет 24—29% от веса последнего. После
покрытия обмазкой, электроды сушатся на воздухе, а затем, в зави-
симости от состава обмазки, прокаливаются в печи при 150 —200°С.
Наиболее распространенными для сварки стали обмазками, у нас, в
СССР, являются след, марки: Ц-1, ОММ-1, ОМУ-1, ОММ-5 и ТК,ТКП, ТКШ,
Ц—3.
Состав употребительных качественных обмазок и их характеристика
сведены в таблицу 8. Как видно из таблипы 8, указанные обмазки
значительно улучшают механическую прочность сварного металла и, сле-
довательно, могут быть допущены для сварки сосудов под давлением I
и II класса как обеспечивающие прочность сварного соединения равной
целому материалу.
Следовательно, качественные обмазки резко повышают механиче- •
скую прочность сварного соединения по сравнению с голым электро-
дом и особенно в части вязкости шва. Образующийся при сгорании
электрода с качественной обмазкой шлак должен быть легкоплавким и
86
Таблица 8
Данные по наиболее употребительным качественным электродам для сварки
малоуглеродистой стали
Марка электрода Состав обмазки в граммах Положение сварки Врем, сопротивл. разрыву в кг/мм2 Угол загиба образца в гр. Ударная вязкость образ. Менаже кг/мт/см2
Древесная мука Ильменит Ферромар- ганец Полевой шпат Мел Марганц. руда Песок Окалина Крахмал Каолин Пиром озат Древесный уголь Поташ Углекисл, калий | Углекисл. । кальций
ОММ-5 — 370 200 130 — 1 210 — — 90 — — — — — — Все полсж. 50 1800 11,5
Ц-1 68 262 85 54 66 — Нижн. 41—51 I860 10—17
ОММ-1 . . • . • — — 700 — — 30С0 2500 400 1500 — Нижн. 42-50 1:00 10—13
тк-п — 280 220 — — 250 — —• — 203 — 10 40 — — Нижн. 40—60 lt00 9-15
тк-ш — 2Ь0 1 , 215 1 — 1 250 1 — — — 103 — 10 — 40 100 и верт. — — —
Примечание. Состав обмазки наносится в замесе с жидким стеклом
жидким, позволяющим уменьшить растворимость FeO в металле (рас-
плавленном) путем максимального растворения последней в шлаке. Раст-
воримость FeO в шлаке зависит от кислотности последнего и для ука-
занных в таблице 8 марок обмазок различна. Пределы колебания
FeO в шлаке составляют 25—30%.
Кислотность шлака определяется наличием SiO2.
По данным исследования ЦНПИТМАШ кислые шлаки должны удов-
летворять общей формуле
RO • SiO2 + n SiO2 (56)
и промежуточные, т. е. состав из основных и кислотных компонентов
шлака должен удовлетворять формуле
[RO]a • SiO2 + n SiOa, (57)
где R — наименование компонента окисла, вводимого в состав
обмазки.
За последнее время намечаются попытки перехода от эксперимен-
тального подбора состава обмазки к научно-расчетному.
По роду выполнения обмазки (покрытия), к последней предъявля-
ются требования, чтобы она 1) не осыпалась при транспортировке, т. е.
была бы достаточно прочной, 2) при прохождении электрического тока
и нагреве электродного стержня обмазка не должна осыпаться и растрес-
киваться и 3) слой обмазки должен быть равномерным по всей длине—
в противном случае качество полученного шва будет изменяться.
В итоге следует указать на необходимость предъявления требова-
ния к составу качественной обмазки, именно: чтобы в последнюю входили:
1) элементы, легирующие шов, 2) элементы раскислители—главным образом
ферро-марганец, как имеющий максимальное количество марганца и
являющегося наилучшим раскислителем, 3) элементы шлакообразующие,
причем образовавшийся шлак обязан иметь различный с металлом шва
коэфициент расширения, следовательно, при остывании шва легко
отделялся-бы от последнего и 4) элементы, ионизирующие (газообра-
зующие).
Работа с качественными шлакообразующими, покрытыми электро-
дами, требует от сварщика определенного навыка, т. к. в процессе
плавления электрода образующийся шлак не позволяет наблюдать за
ходом расплавления кромки свариваемой детали. Путь электрода в виде
небольших поперечных колебаний допускается, однако ведение шва по
способу „треугольника", как показано на рис. 67, при толстообмазанных
электродах невозможен, таким образом, тавровые соединения и соеди-
нения в нахлестку не всеми указанными в таблице 8 электродами
возможно выполнить. Эти виды соединений требуют качественной, но
тонкой обмазки или поворота изделия таким образом, чтобы соединение
получалось подобным стыковому. Такое положение у сварщиков носит
И
название установки „лодочкой*. То же относится и к вертикальным и
потолочным швам. При толстопокрытых качественных электродах плав-
ление конца электрода происходит внутри покрытия (обмазки) так, как
это показано на рис. 65, т. е. сгорание проволоки идет быстрее, чем
обмазки. Поэтому, при пользовании качественными толстообмазанными
электродами перерывы дуги недопустимы, так как при этом образуется
„козырек* обмазки, токонепроводящий и затрудняющий повторное зажи-
гание дуги.
Тяжелопокрытые (качественные) электроды значительно облегчают
стабилизацию короткой дуги и следовательно хорошо защищают расплав-
ленный металл от действия кислорода и азота воздуха.
2 олыCi покрытый тонкой
обмазкой
Рис. 68. Защита дуги при сгорании обмазки.
За границей, помимо обмазанных качественных электродов, приме-
няют обмотанные асбестовым шнуром с пропиткой химическими соста-
вами.
Существующая рецептура качественных обмазок позволяет вести
процесс сварки без необходимости поддерживания длины дуги, так как
процесс ведется при непосредственном контакте электрода с изделием.
Это привело к появлению способов сварки лежачим и наклонным элек-
тродом, широко внедряющихся в промышленность.
Процесс вертикальной и потолочной сварки
При вертикальном и потолочном выполнении шва процесс сварки
сопряжен с той трудностью, что расплавленный металл электрода и из-
делия непрерывно стремится, в силу земного тяготения, вытекать из
жидкой ванны, поэтому сварка этих швов производится на очень ко-
роткой дуге или на непосредственном соприкосновении обмазки электрода
с изделием и, определенными манипуляциями вольтовой дуги в смысле
быстрого продвижения от расплавленной ваппы, помогают силам моле-
кулярного натяжения в образующемся шве преобладать над силой зем-
ного тяготения. Особенно это значимо при потолочной сварке. Верти-
кальная сварка выполняется снизу вверх и электрод также, как при
89
нижней сварке, имеет наклон от перпендикуляра к свариваемому шву
по направлению сварки в 15—20°. При потолочной сварке электрод
держится под углом 90° к изделию, т. е. так, как показано на рис. 69.
электродо-
держатель
Рис. 69. Положение электрода при потолочной
сварке.
Качественные обмазки для этих видов швов изготовляются таким
образом, чтобы образующийся от них шлак был менее жидкотекучим.
XIII. Значение полярности при сварке
На постоянном токе, благодаря наличию на аноде большей концен-
трации тепла, подвод его к изделию или электроду имеет определенное
значение.
Так как, в основном, масса изделия больше массы электрода, то
следовательно для лучшего провара анод следует подводить к изделию,
т. е. осуществить включение на „прямую полярность*.
При сварке тонких изделий, где масса их незначительна, во избе-
жание прожогов включение машины на сварочную цепь осуществляют
на „обратную полярность*, т. е. минус на изделие, плюс на электрод.
Целый ряд металлов благодаря тугоплавкости применяемых обмазанных
электродов требует включения на обратную полярность.
Особенно, характерно заметно влияние полярности при сварке на
постоянном токе с голым электродом на средних толщинах стали. В этом
случае при правильном режиме тока и короткой дуге, но на обратной
полярности получение провара невозможно, так как электрод будет
плавиться, не расплавляя основной металл.
Легированные стали, главным образом свариваются на обратной
полярности.
90
XIV. Производительность дуговой сварки
Определение полного времени, необходимого для выполнения шва за-
данной длины, производится по количеству наплавляемого металла и в
зависимости от условий сварки.
По формуле
Тд= [tr + te + tn] • [1 +Z] час., (57)
где, — Тд — суммарное время (норма)
— tr — время горения дуги в час
— te — вспомогательное время в час
— tn —- подготовительное время в час
— Z — добавочное время, определяемое в % % и зависимое от
существующей организации работ в цехе.
Основное время горения дуги tr находится в прямой зависимости
от количества наплавляемого металла и принятого режима сварки.
Известно, что перед осуществлением сварки, изделие, в зависимости
от толщины металла, имеет ту или иную подготовку, по которой согласно
геометрическим размерам определяется сечение шва F в см2 и тогда
количество Qn — наплавленного металла на протяжении одного метра,
при известном удельном весе 7 — определяется формулой
Qn = 100 Р7(вгр.)
Тогда основное время горения дуги, необходимое для выполнения
1 м шва, исходя из веса наплавленного металла, может быть выражено,
как.*
tr = - QH— часов (58)
Кн ’ J
так как
Qh = Kh • J - tr (59,)
Где:
J — сила тока в амперах
tr — время горения дуги в часах
QH — к-во наплавленного металла в граммах.
Кн — коэф, пропорциональности, выраженный в грамм/амп. час.,
т. е. в физическом представлении „Кн “ есть то количество электрод-
ного металла в граммах, расплавляемое каждым ампером сварочного
тока в течение одного часа и называемое „Коэфициентом наплавки
Следовательно, зная принятый режим тока в амперах, к-во расплавля-
емого металла и ,,коэф. наплавкиu легко определить tr.
Коэф, наплавки определяется для каждой марки электродов
различно. С увеличением слоя обмазки в качественных электродах скорость
91
плавления электрода в основном снижается. По данным ЦНИПТМАШа,
коэф, наплавки составляют:
для голого электрода при 4-4-5 мм К=10 -j- 11 гр/амп. час.
То же с меловой обмазкой К =7,0—7,5 гр/амп. час.
То же с обмазкой ОММ—2 К-8—4-8,5.
Таким образом, при определении для расчета „коэф, наплавки“ следует
исходить из марки покрытия электрода (обмазки).
Из формулы (58) следует, что для сокращения основного времени
нужно стремиться работать на повышенных силах тока. Однако, как
показали исследования некоторых институтов, существует предел влия-
ния силы тока на рост производительности, так как при чрезмерно за-
вышенных токах увеличивается разбрызгивание металла.
Подготовительное время tn, заключающееся в подготовке
инструмента, установке режима тока, зачистке кромок и т. п. опреде-
ляется в %®/о к основному времени и равно от 7 до 18%.
Вспомогательное время tB, заключающееся в перемене
положения сварщика, смене электрода, зачистке шва, перестановке при-
способления и т. д. определяется в % % к основному времени и равно от
20 до 70%.
Проценты добавочного и заключительного времени,
затрачиваемые сварщиком на сдачу работы, вынужденный простой во время
кантовки изделия, получение наряда, естественный отдых и т. п. опре-
деляются в размере от 10 до 40% к общей норме времени и естест-
венно зависят от организации работ в цехе.
Указанные нормы действительны для выполнения нижнего шва, при
выполнении других швов на общую норму вводится поправочный коэ-
фициент именно:
Нижний шов—1,0
Горизонтальный шов—1,2
Вертикальный шов—1,15
Потолочный шов —1,5.
При многослойной сварке, т. е. когда заполнение подготовленных
кромок осуществляется несколькими швами и при применении качественных
толстообмазанных электродов, необходимо каждый шов тщательно очи-
щать от шлака и поэтому вспомогательное время в этом случае не-
сколько выше.
При автоматической сварке производительность выше, чем при руч-
ной, за счет сокращения вспомогательных времен и повышения плотно-
сти тока.
Более грубо, общую норму времени можно определить по упрощен-
ной формуле, т. е.
Тд = (60)
Q
92
Где Тд — суммарное время, затрачиваемое сварщиком
tr — основное время, т. е. время горения дуги
ср — коэф, использования сварочного поста,
tr
определенный как отношение ——— и следовательно охватывающий все
дополнительные времена.
По данным практики наших заводов, значение коэф, использования
у — принимается равным.
При цеховой работе <р = 0,5 —Н 0.75
При монтажных работах ср = 0,35 -г 0,6
Расход электроэнергии
При сварке переменным током расход электроэнергии составляет в
среднем на 1 кг. расплавленного металла 4 квч.
При сварке постоянным током—5,5 квч.
ГЛАВА V
Коробление и внутренние напряжения при сварке
как результат термического эффекта
Процесс сварки оказывает на конструкцию эффект по двум на-
правлениям. Именно: 1) локализованное тепло вольтовой дуги или сва-
рочной горелки вызывает дополнительные напряжения, которые в отли-
чие от напряжений, вызванных внешними силами, носят название „внут-
ренних* определяемые также структурными напряжениями появившихся
в результате фазовых превращений в металле изделия и 2) под дейст-
вием указанного тепла, происходят объемные изменения в металле и, как
следствие их, коробление металла, т. е. изменение длин и различные
искривления. Причина возникновения коробления (при достаточной сте-
пени свободы изменения геометрических размеров) и внутренних напря-
жений заключается в том, что на ряду с холодным, окружающим
место сварки металлом, находится участок, в котором металл был дове-
ден до плавления и зоны, его окружающие, имеют значительно высокие
температуры.
При выполнении продольного шва, температуры окружающих шов
участков металла, в зависимости от способа сварки, представляют изо-
термы. Пз которых видно, что максимальное распространение тем-
пературы по длине шва при продвижении электрода или горелки, на-
ходится в пределах 70 мм для дуговой сварки и 130 мм для газо-
вой сварки. То же в поперечном направлении —20 мм для дуговой и
40 мм для газовой сварки, т. е. изотермы имеют форму эллипса вытя-
93
йутого в сторону противоположную направлению укладки шва. Следова-
тельно, температурный градиент или перепад температуры в зоне, где
сварка еще не производилась, выше, чем в зоне уже уложенного шва.
Установление такого постоянства распространения температур наступает
через очень короткий промежуток времени с момента начала сварки.
Проведенные доц. Рыкалиным и проф. Николаевым исследования пока-
зывают, что чем выше скорость продвижения электрода при дуговой
сварке, тем ниже максимальный разогрев и круче перепад температур
в зоне, где сварка еще не производилась, т. е. распространение темпера-
туры на меньшую длину участка, лежащего впереди укладываемого шва.
Основными причинами появления внутренних напряжений и коробле-
ния, следует считать пластическую деформацию и усадку металла шва
как после его выполнения, так и в процессе выполнения.
Практически явление усадки и следовательно появление коробле-
ния тем значительней, чем больший участок разогрет или большее к-во
наплавленного метала в шве, т. е. как вывод необходимо заметить, что:
1) газовая сварка по сравнению с электродуговой сваркой благодаря
наличию большего разогретого участка дает большие внутренние напря-
жения и коробление и 2) чем шире шов, тем больше внутренних напря-
жений, так как на большую длину в поперечном направлении распостра-
няется высокая температура.
Борьба с короблением и внутренними
напряжениями
Рис. 70. Коробление листов при
поперечной усадке шва.
В практике приходится бороться с вышеуказанными явлениями
главным образом при сварке длинных швов, так как в этом случае прихо-
дится встречаться со значительной продольной и поперечной усадкой шва.
В результате поперечной усадки
шва, вследствие быстрейшего осты-
вания верхней корки шва, появля-
ются внутренние напряжения, кото-
рые вызывают при незакрепленных
деталях коробление, указанное на
рис. 70. При продольной усадке шва
появляются коробления, указанные на рис. 71.
С целью уменьшения коробления, ’свариваемые детали зажимают и,
тем самым повышаются внутренние напряжения в шве. При сварке
длинных листов или балок, с целью борьбы с короблением, применяют
технологический процесс ведения шва таким, который обеспечивает ми-
нимальные коробления и уменьшает внутренние напряжения. Одним из
применяемых способов сварки длинных швов является „обратно ступен-
чатый", который заключается в следующем: вся длина будущего шва
(рис. 72) разбивается на участки по 100—150 мм, после этого участки
94
нумеруются и на расстоянии 400—500 мм Листы прихватываются ко-
роткими швами. После прихватки, поочередно свариваются отдельные
короткие участки, в порядке номерации указанной на рис. 69, причем,
пополнение шва, как легко заключить, идет в одном направлении, а вы-
полнение (ведение) шва в другом. Такой способ сварки позволяет раз-
бивать внутренние напряжения на отдельные участки, не давая возмож-
ности сосредоточиваться им на концах свариваемых деталей. Таким об-
разом сварка ведется от холодного места начала очередного шва к на-
чалу предыдущего шва, уже остывшего. При несоблюдении этого пра-
Рис. 71. Коробление листов при
продольной усадке шва.
Рис. 72. Схема сварки обратно-
ступенчатым швом.
вида и сварки длинных швов появляются напряжения, превышающие
предел упругости, и шов разрушается еще незаконченным. Часто, на
практике, при сварке длинных швов, единовременно последние выпол-
няются двумя или несколькими сварщиками.
В этом случае принцип обратноступенчатого шва сохраняется, од-
нако для каждого сварщика отводится в общей длине свой участок, в
котором направление шва чаще всего совпадает. При сварке больших
сосудов с многим числом швов необходимо первоначально составить
технологический процесс сварки, обеспечивающий минимальные внутрен-
ние напряжения, т. е. максимально давать обратноступенчатые швы и
соблюдать правило наименьшего количества встречных швов в одной
точке (узле).
При сварке круговых швов, вся длина последних разбивается также
на участки, и сварка производится обратноступенчатым швом на уча-
стках, диаметрально противоположных.
Все указанные выше мероприятия уменьшают внутренние напря-
жения, но не избавляют от них. Полностью избавиться от внутренних
напряжений возможно только термической обработкой, т. е. отжигом.
95
ГЛАВА VI
Сварка спецсталей и чугуна
В промышленности за последнее время применяется целый ряд
специальных сталей, в основном представляющих малоуглеродистые стали,
легированные отдельными элементами в виде Cr, Ti, Mo, Мп, W, V,
Ni, и т. д.
Сварка этих сталей требует в зависимости от легирующего эле-
мента определенных условий. Рассмотрим влияние химического состава
стали на его физические свойства и, следовательно, свариваемость.
Наличие в углеродистой стали
вышеуказанных примесей изменяет
положение критических точек послед-
ней и влияние их может быть столь
значительным, что вызывает непол-
ноту фазовых превращений и как
результат, при медленном охлаж-
дении стали, возможно получение
структуры закаленной стали, т. е.
мартенсита, а также аустенита. Влия-
ние специальных примесей на струк-
Рис. 73. Диаграмма Guillet—раз- ТУРУ стали в зависимости от содер-
бивка спецсталей на классы. жания углерода представлено на рис.
73 в виде диаграммы Guillet (Гийе).
В основном все существующие спецстали можно разбить по струк-
турному признаку на 4 класса; 1) Перлитный, 2) Мартенситный, 3) Ау-
стенитный и 4) Ферритный.
Перлитный класс
Этот класс имеет сравнительно небольшое количество спецпримеси
и, следовательно, в зависимости от содержания углерода будет иметь ха-
рактерную структуру для углеродистой стали, т. е. перлит4-феррит,
перлит-|-цементит, перлит. Стали этого класса хорошо поддаются термо-
обработке и сварка их, как показала практика, не вызывает особых
трудностей. Переходная зона благодаря резкому охлаждению имеет по-
вышенную твердость.
Предварительный подогрев до 300°С уменьшает твердость переход-
ной зоны. Этот класс стали сваривается всеми известными способами
сварки.
Мартенситный класс
Благодаря повышенному содержанию специальных примесей (глав-
ным образом хрома) эта сталь имеет при охлаждении мартенситовую
структуру и обладает высокой твердостью и низкой вязкостью. Сварка
96
этих сталей и особенно обработка после сварки благодаря закалке па
воздухе, даже при низких температурах, затруднительна.
При сварке появляются трещины в швах. В борьбе с трещинами
применяют перед сваркой предварительный подогрев, а после сварки —
нормализацию. Применима только дуговая сварка.
Аустенитный класс
Этот класс сталей имеет значительное содержание специальных
примесей и обладает большим временным сопротивлением разрыву при
большой вязкости.
Благодаря своим механическим качествам основные группы при-
меняемых спецсталей относятся к этому классу. В частности широко
распространенные стали типа 18-8 (18Сг, 8Ni) относятся также к
этому классу. Свариваются эти стали хорошо всеми видами сварки,
однако, лучшие результаты получаются при дуговой сварке. После сварки
этот вид стали требует термической обработки.
Ферритный класс
Стали этого вида обладают высокой вязкостью и склонны при
нагреве к росту зерна. Сварка осуществима всеми видами, однако луч-
шие результаты дает контактная сварка.
Сварка отдельных марок сталей
Марганцовистая сталь имеет широкое распространение с
содержанием Мп—10-4-14% (стрелки, крестовины и т. п.) и носит
название стали Гатфильда. Относится эта сталь к аустенитовому классу.
Наличие большого к-ва Мп приводит к интенсивному выгоранию его,
что может в свою очередь привести к мартенситовой стали, плохо
поддающейся сварке. Также при значительном содержании углерода
имеет место образование карбидов Мп, т. е. Мп3С. Указанные моменты
затрудняют процесс сварки, и последняя требует тщательного ведения
процесса в смысле замедленной сварки, необходимой для лучшей раст-
воримости карбидов в жидкой ванне и, во избежание выпадания карби-
дов, резкого охлаждения (чаще водой) после сварки. Иногда завалке
предшествует медленное остывание, а затем дополнительный нагрев.
Применима как газовая, так и дуговая сварка. Присадочным материа-
лом служит проволока одинакового состава с основным металлом. При
дуговой сварке применяется обмазка с содержанием ферро-марганца,
компенсирующего угар марганца. При газовой сварке применяется „пра-
вая* сварка, пламя нейтральное и флюс в виде буры.
7 Краткий курс сварки
97
Сварка нержавеющей и жароупорной стали
типа ЭЯ1, ЭЯ1-Т
Аустенитные стали состава 18Сг и 8Ni (типа ЭЯ-1) имеют ши-
рокое применение в химическом машиностроении и авиастроении как
стали хорошо стойкие при атмосферном влиянии и химическом воздей-
ствии, а также обладающие высокой механической прочностью, именно:
az —56—53 кг/мм при x=z50- 60%. Коррозионная стойкость этих
сталей действительна только при правильной термической обработке, т. е.
при нагреве до 1050°—1150°С с охлаждением в воде или на воздухе.
В противном случае, т. е. при медленном охлаждении или повторном
нагреве до 600—750°С появляется разрушение по границам зерен, как
следствие интеркристаллитной коррозии. Причиной появления коррозий
является выпадание карбидов хрома, количество которых находится
в зависимости от % % содержания углерода в стали, т. е. с увеличе-
нием о/о углерода растет последнее и, следовательно, увеличивается кор-
розия. Образование карбидов хрома идет за счет поглощения хромом
углерода, из твердого раствора последнего с железом при Т=600° — 750°.
Разумеется, при сварке стали типа 18-8 следует вести процесс,
таким образом, чтобы не вызывать интеркристаллитной (межкристаллит-
ной) коррозии.
Однако, это удается до некоторой степени только для дуговой
сварки. Что же касается газовой сварки, то благодаря наличию большей
площади нагрева увеличивается зона интеркристаллитной коррозии.
При дуговой сварке, благодаря наличию вблизи шва участков, име-
ющих температуру порядка 500 — 900°, имеет место выпадание кар-
бидов, чего в меньшей степени имеет место в самом шве. Поэтому,
после сварки необходимо сварное соединение закалить при Т = 1000°С
в воде или на воздухе. Прибавка Ti к стали марок „ЭЯ“-1 не изменяет
условий доброкачественной сварки, но улучшает устойчивость стали при
высоких температурах. Электродным материалом служит проволока оди-
накового химсостава с основным материалом, однако желательно с мень-
шим содержанием углерода. Режим тока принимается на 10—20%
меньше, чем для одинакового электрода при сварке стали.
Имеется много рецептур, применяемых электродных покрытий, ниже
дается крайне простая, но дающая удовлетворительный результат об-
мазка. Именно:
Мел (СаСО3) .......................55% по весу
Плавиковый шпат CaF2...............30о/о по весу
Ферро-марганец Fe—Мп...............10®/о по весу
Обмазка электродов осуществляется окунанием в состав смеси
с жидким стеклом вышеуказанных элементов.
Полезно в состав обмазок вводить небольшое количество титана,
уменьшающего склонность стали к интеркристаллитной коррозии.
98
Сварка чугуна
Свариваемость стали с увеличением содержания углерода в ней
сильно ухудшается. Из известных составов чугуна, т. е. серого ковкого
и белого, наилучшим образом сваривается серый чугун, хуже ковкий и
совсем плохо белый.
В практике главным образом приходится встречаться с заваркой
раковин или ремонтной сваркой деталей из серого чугуна. Как практика
показала, наилучшие результаты по качеству сварного шва дает приме-
нение газовой сварки. Существует два способа сварки чугуна/ именно:
холодная сварка и горячая. При холодной сварке (что главным образом
относится к электродуговой) до сих пор в качестве электродов приме-
няли стальную проволоку и проволоку из монельметалла [60 % Си,
40%Ni].
Стремление уменьшить стоимость работы привело к целому ряду
научно-исследовательских работ, которые в настоящий момент показали
возможность применения в качестве электродов чугунные палочки с
обмазкой определенного состава. При холодной сварке со стальными
электродами полученный шов является непрочным и твердым, не под-
дающимся холодной обработке. Причина недоброкачественности шва за-
ключается в том, что при возбуждении вольтовой дуги между стальным
Рис. 74. Наплавка стали на серый чугун.
Б—отбеленная зона, В—науглероженный слой,
Г—сталь электрода.
электродом и серым чугуном в последнем, на кромках его, происходит
отбеливание за счет резвого охлаждения и выгорания углерода в виде
графита, оставляя углерод связанный (Fe3C). Таким образом, наплавка
стального шва будет находиться (см. рис. 74) на слое отбеленного чу-
гуна „Б“, за которым следует науглероженная зона „В“ и сама наплав-
ка „Г“ из малоуглеродистой стали. Естественно, такой шов является
неплотным и связь его с основным металлом непрочная с резким
повышением твердости. Для повышения прочности соединения, приме-
няется ввертывание шпилек в тело свариваемой детали так, как это
показано на рис. 75. Ввертывание шпилек производится на резьбе на
глубину 1/3 длины шпильки, которая определяется как 5 диаметров
7*
99
(обычно диам. шпилек принимают пе менее 6 мм). Следовательно, первона-
чально обваривая вокруг каждой шпильки стальным швом, продолжают
сварку между ними уже как между стальными деталями. Такой способ хотя
и дает возможность повысить прочность соединения, однако является крайне
дорогим и возможен к применению только тогда, когда нет надобности
в обработке шва. Подобно этому процессу, осуществляется на некото-
рых предприятиях ремонт поломанных зубьев шестерен с так называ-
емыми „солдатиками"—йвертышами вдоль зуба. Процесс холодной элек-
тросварки необходимо вести крайне медленно, пе перегревая деталь, так
как в противном случае при резком остывании появляются трещины.
Рис. 75. Ввертывание шпилек при холодной сварке
чугуна стальными электродами.
Применяя монель-металл, получается прочно-плотный шов, подда-
ющийся холодной обработке, однако применение последнего является
крайне дорогим.
Хорошие результаты по холодной сварке чугуна без шпилек были
получены инж. Ярхо и инж. Любавским. Ими разработаны чугунные элек-
троды со специальными обмазками, в результате применения которых
получается твердость переходной зоны Нв — 185—200 ед. Обмазка
инж. Ярхо имеет примерно следующий состав:
Графит —18°/0: ферро-силиций—15%; ферро марганец—4% ; По-
левой шпат—18%; мел—9%; термит—15% ; жидкое стекло— 21 °/о.
Электродная чугунная палочка применяется с повышенным содержа-
нием Si.
Холодная сварка чугуна осуществляется переменным и постоянным
током. На постоянном токе прямая полярность и для электрода диаметром
6—8 мм J = 250 — 300 ампер.
В промышленности выпускаются специальные электроды марки
ОМЧ-1.
1ОО
Горячая сварка чугуна
Так как при появлении термических усадочных напряжении в
чугуне появляются трещины, то указанная холодная электросварка
пригодна для заварки раковин или сварки больших масс небольшими
швами с перерывами в работе (во избежание перегрева).
Поэтому в ремонтном деле лучшие результаты дает горячая сварка,
при которой изделие перед сваркой, независимо от способа сварки, подо-
гревается до температуры 600—-700С0, что позволяет вести процесс сварки
быстро, не опасаясь трещин в металле в результате усадки. Перед свар-
кой изделие подготовляется в смысле раскроя кромок и заформовывается
во избежание вытекания металла. Заформовка осуществляется огнеупор-
ной глиной или специальными пластинками. После сварки изделие
медленно остывает вместе с горном, что безусловно благоприятно в
смысле уменьшения усадочных напряжений и последующей холодной
обработки шва. Для подогрева чаще применяется древесный уголь. Флю-
сом при газовой варке служит плавленная бура (Na2B4O7) или специ-
альные составы.
Введение флюса осуществляется в виде первоначальной посыпки
его на кромки свариваемого места, после некоторого нагрева последнего.
После плавления флюса, вводится присадочный металл. По мере
укладки шва флюс вводится разогретым концом присадочного прутка,
так как время от времени сварщик окунает его в банку с флюсом.
Мощность горелки принимается такой же, как и для стали. Пламя
с небольшим избытком ацетилена.
ГЛАВА VII
Сварка цветных металлов
Сварку цветных металлов, благодаря наличию низких температур
плавления и образующихся окислов, чаще всего, необходимо вести их,
с предварительным подогревом и формовкой места сварки с применением
флюсов,—как химических растворителей окислов металла. Лучшие ре-
зультаты дает газовая сварка.
За последнее время стала развиваться и электросварка, которая
дает удовлетворительные результаты на постоянном токе.
Сварка меди
Благодаря низкой температуре плавления (1084°), большой теплопро-
водности, образования при плавлении закиси меди (Си2О), при сварке
меди, требуется определенный навык сварщика и тщательное ведение
процесса. Перед сваркой меди необходимо подготовить кромки так, как
это делается перед сваркой стали. Изделие перед сваркой, в месте шва,
101
заформовывается и нагревается до температуры 600°С. Сварку необхо-
димо вести нейтральным или слегка окислительным пламенем. Рассто-
ние ядра пламени от изделия должно быть таковым, чтобы на металл
шва не влияли газы неполного сгорания, т. е. примерно на расстоя-
нии 8 — 10 мм от шва. При таком положении пламени обеспечена за-
щита шва от воздуха „метлою" пламени. Мощность горелки принимается
в 100 литров на каждый свариваемый мм толщины изделия. Горелка
держится перпендикулярно шву. Присадочным материалом служит про-
волока того же состава, что и изделие. В качестве флюса применяется
фосфорно-кислые и борно-натриевые соли. Назначение флюсов^своднтся
к тому, чтобы очищать кромки металла от окислов и до некоторой сте-
пени освобождать шов от образовавшейся Си2О (закиси меди). Хорошие
результаты дает следующий флюс: 1)50% буры плавленной Na2B4O7,
2) 35о/о борной кислоты Н3ВО3 и 3) 15% кислого фосфорно-кислого
натрия Na2HPO3. После производства сварки нагретую деталь необхо-
димо закалить (резкое охлаждение), что приводит к нормализации струк-
туры наплавки и основного металла.
Сварка латуни
При сварке латуни появляется дополнительная трудность в смысле
наличия цинка, легко испаряющегося при нагреве выше 400°С, что при-
водит к интенсивному выгоранию последнего.
Нагрев детали из латуни не обязателен. Процесс сварки необхо-
димо вести быстро и пламя держать еще на большем расстоянии, чем
при сварке меди, т. е. примерно 12—15 мм. Последние два условия пред-
определяют необходимость выбора наконечника горелки на один номер
больший, чем требуется для сварки стали одинаковой толщины. Пламя
регулируется, как окислительное, т. е. с избытком кислорода в 1,25 —
1,4 —, объясняется это тем, что при этом условии образуется на по-
верхности шва пленка окисла, не позволяющая дальнейшему окислению.
Однако, даже при лучшей сварке, в металле шва имеются крайне мел-
кие газовые поры. Флюсом служит 50% плавленной буры Na2B4O7+50%
борной кислоты Н3ВО3. Присадочная проволока выбирается с мини-
мальным содержанием Zn, т. е. не превышающем 38%. Для целей
сварки хорошо применять латунную проволоку марки Л-62 или Л М-62
с небольшим содержанием „Мп". После сварки рекомендуется медлен-
ное остывание.
Сварка бронзы
Сварка бронзы мало отличается от сварки меди и указанные выше
режимы действительны для последней. Однако, процесс протекает более
легким при минимальном содержании олова.
Результаты последних исследований указывают на вполне удовле-
творительное применение электросварки бронзы на обоих родах тока.
102
Сварка алюминия
Трудность сварки алюминия заключается в его низкой температуре
плавления (658°) и легко образующейся окиси алюминий А12О3, име-
ющей высокую температуру плавления. Большая теплопроводность алю-
миния требует первоначального нагрева изделия перед сваркой до тем-
пературы 250 —300°С. Существуют два способа сварки алюминия: „хи-
мический" и „механический“. При первом способе применяются флюсы
в виде хлористых и фтористых солей, назначение которых защищать шов от
образования А1аО3, а при образовании последнего, переходить с ним в шлак.
При механическом способе, распространенном в Америке для сварки ли-
тых алюминиевых изделий, последняя ведется таким образом что пла-
менем горелки металл в4 месте сварки доводится до кашеобразного со-
стояния и затем стальной лопаткой присадочный металл расправляется
в подготовленных фасках (как-бы вмазывается, вдавливается) и одно-
временно соскребается образующийся шлак. В Европе широкое распро-
странение получил первый способ,т.-е. химический. Перед сваркой алюминия
кромки его тщательно очищаются и присадочной проволокой часто слу-
жит полоска, вырезаемая из алюминиевого листа, подлежащего сварке.
Хорошие результаты получаются при применении нижеследующего
флюса.
45% КС1, 15%LiCl, 33% NaCl i KF
Пламя принимается нейтральным или слегка окислительным. Мощ-
ность горелки принимается на один номер меньше, чем для сварки стали.
Наряду с обычным инструментом у сварщика имеется железная лопатка,
которой он время от времени очищает шов от шлака. Для уничтожения
внутренних напряжений деталь после сварки отжигают при t= 300—
400°С. Сварка алюминия требует высокой квалификации сварщика.
Электродуговая сварка алюминия затруднительна и вполне удовлетвори-
тельных практических результатов пока не дала.
ГЛАВА VIII
Другие способы дуговой электросварки
К этой группе электросварочных работ относятся способы электро-
дуговой сварки, в которых вольтова дуга защищена газовой средой, без
применения обмазок.
Способ Лангмюира или атомно-водородная сварка. При этом
способе вольтова дуга создается между двумя вольфрамовыми электро-
дами, вокруг которых протекает водород. Схема подобной сварки
представлена на рис. 76. Водород (молекулярный), попадая в сферу дей-
ствия вольтовой дуги, благодаря высокой температуре диссоциирует в
атомарный, т. е.
н2=н+н (61)
103
Атомы водорода вместе с пламенем горелки, соприкасаясь со свари-
ваемым изделием, сгорают, первоначально образовывая молекулы Н2.
Диссоциация водорода в пламени вольтовой дуги сопровождается эндо-
термической реакцией. Момент образования молекул у кромки сваривае-
мых деталей сопровождается экзотермической реакцией с отдачей тепла
при сгорании —металлу изделия. Благодаря действию независимой воль-
товой дуги между двумя вольфрамовыми электродами и тепла, получен-
ного при сгорании Н2, этот способ позволяет производить сварку очень
малых толщин, не прожигая последние.
Рис. 76. Схема атомно-водородной сварки (спо-
соб Лангмюира)
Атомная сварка благодаря наличию инертного газа водорода дает
возможность получить шов, практически свободный от кислорода и азота.
Применяется этот способ сварки главным образом в авиастроении, взамен
газовой сварки.
К недостаткам этого способа следует отнести наличие дорогостоя-
щего вольфрама и получение плохих результатов при потолочной сварке.
Водород для питания дуги получается либо в баллонах, либо около атомно-
104
водородного аппарата ставится крекер, т. е. дополнительный аппарат, в
котором получается водород из аммиака (NH3) путем диссоциации по-
следнего при температуре 600°С. Питание поста водородом от диссоци-
атора (Крекера) удешевляет этот вид сварки. Техника сварки и состав
присадочной проволоки принимаются такими же, как при газовой сварке.
При этом процессе вольфрам электродов не сгорает, а лишь испаряется
благодаря тому, что температура нагрева последних находится в преде-
лах 3000°С, в то время, когда температура плавления вольфрама равна
3360°С. Пониженная температура на электродах объясняется тем, что
большое количество тепла тратится на диссоциацию водорода (расщеп-
ление его молекулы). Режим сварки при пользовании аппаратурой за-
вода „Электрик" составляет300 — 400 в при зажигании дуги и 35—120 в,
при работе. Применяемая сила тока находится в пределах 20—70 амп.;
питание током осуществляется от трансформатора и дросселя (регуля-
тора). Наличие высокого напряжения в горелке, которой пользуется свар-
щик, повышает требования по технике безопасности, т. е. сварщик ра-
ботает в замшевых перчатках и на рабочем месте имеется резиновый
коврик.
Горелка имеет два наконечника, поставленные под углом 45°, внутрь
наконечников вставляется вольфрамовая проволока (электроды). Пако
нечники сидят на двух трубках: одной подвижной и одной неподвижной,
передвижение осуществляется маховичком в пределах 15 — 30 мм.
По трубкам протекает водород, который при выходе из наконечника
окружает вольфрамовые электроды. Выступающий конец электродов
имеет величину 10—13 мм. Давление водорода составляет 0,1 —0,3 атм.
Зажигание дуги производится путем короткого замыкания электро-
дов на угольную пластину—длина дуги регулируется маховичком горелки.
Применяемые вольфрамовые электроды имеют диам. 1; 1,5; 2; 3 мм
и выбираются в зависимости от толщины свариваемых деталей. Расход
электродов составляет 10—20 гр. на кг. наплавленного металла.
Из-за дефицитности вольфрама этот способ сварки, за исклю-
чением авиастроений, не получил широкого распространения.
Способ Александера
По этому способу вольтова дуга возбуждается так же, как и по спо-
собу Славянова, однако дополнительное устройство в виде мундштука
(в специальной горелке), в которое подается водород или смесь азота с
водородом, позволяет окружать вольтову дугу указанными инертными
газами, так как электрод вставляется также в этот мундштук. Таким
образом обе руки сварщика заняты, т. е. в одной руке он держит го-
релку, а в другой электрод од ержате ль. Способ Александера изображен на
рис. 77. Этот способ благодаря рабочему напряжению на зажимах
вольтовой дуги, равного 50—60 в, позволяет, по сравнению со способом
105
Рис. 77. Сварка по спо-
собу Александера.
Славянова при одинаковой сило тока, повы-
сить производительность и сваривать детали
значительной толщины без скоса кромок. Од-
нако, благодаря неудобству сварки этот спо-
соб не получил широкого распространения.
Способ Аркоген или Мюнтнера
По этому способу осуществляется комби-
нированная сварка—с применением газовой
горелки и вольтовой ду по Славянову.
Пламя горелки защит i вольтову дугу от
действия кислорода и азота воздуха. Благо-
даря наличию дополнительного тепла от сва-
рочной горелки резко повышается производи-
тельность сварки. Однако, этот способ так же, как и предыдущий, из-за
неудобства сварки и дороговизны не получил широкого применения.
Способ представлен рис. 78.
Рис. 78. Сварка по способу Мюнтнера (комбинированная).
ГЛАВА IX
Приемы стахановских методов дуговой сварки
Как было указано выше, одним из приемов стахановских методов
электросварщика является работа на больших диаметрах электродов и
больших плотностях тока. Даже для получения больших диаметров
106
электродов применяется так называемая работа спаренными электродами
(способ т. Володина), т. е. 2 электрода укладываются параллельно и
привариваются друг к другу на точечной машине. Следовательно, в
этом случае вольтова дуга возбуждается одновременно на 2 электродах
и тем самым увеличивается количество отлагаемого металла в часч
Интересен способ, разработанный в ЦНИИМАШе проф. Кузьмаком.
Заключается он в том, что на обмазанный электрод плотно навивается
спираль из тонкой проволоки, по которой ток не протекает, а воль-
това дуга горит между концом основного электрода и изделием,
расплавляя одновременно и металл спирали. Указанным способом
искусственно повышается количество наплавляемого металла—при тех
же затратах электроэнергий—и получают вполне удовлетворительный
результат. Дополнительно следует указать на способ т. Зуева и других
сварщиков, который заключается в том, что в заготовленную фаску сва-
риваемого изделия закладывается электрод и заполненная другим элек-
тродом дуга на изделии расплавляет как основной металл, так и металл
электрода. В итоге получается также увеличенное количество наплавляемого
металла. Однако, последний способ сварки пригоден лишь для стыко-
вых соединений и при крайне точно отрегулированном токе, в против-
ном случае, т. е. при неумелом ведении процесса имеет место непровар.
В развитие этого способа появился способ сварки лежачим электродом.
В этом случае отмеченный электрод укладывается в фаску и заженный
вначале сам сгорает. Достигается это за счет качества обмазки, кото-
рая позволяет стабилизировать вольтову дугу в лежачем положении.
Для лучшего сгорания электрода при укладке последнего в фаски или
тавр („лодочкой*), он прикрывается медной пластиной. Длина электрода
выбирается соответственно желаемой длины шва. Благодаря самостоя-
тельному горению электрода на сварке по этому способу, используются
малоквалифицированные рабочие, которые обслуживают одновременно
два или несколько рабочих мест. Развит этот способ на многих вагоно-
строительных и др. заводах.
Интересным и заслуживающим внимания новым способом является
сварка „Юнион-Мелд, развитая, практически, в Укр. отд. Академии Наук
и применяется как автоматическая сварка дугой, закрытой флюсом.
Здесь, вольтова дуга, поддерживаемая автоматически, горит под слоем
(толстым) гранулированного флюса, состоящего из специально подго-
товленного шлака. Благодаря такому горению применяют большую плот-
ность тока (до 250 амп/мм диаметра), что в свою очередь по срав-
нению с ручным способом повышает производительность в 14—15 раз
на диаметре электрода в 5 мм. Качество шва, благодаря хорошей защите
от окружающей среды, является отличным. Этот способ, разработанный
акад. Патоном, отмечен правительственным решением и рекомендован
к практическому применению. Для этого способа сварки требуются
специальные автоматические станки.
107
ГЛАВА X
Контактная сварка
Под контактной сваркой подразумевается электрическая сварка со-
противлением, основанная на известном законе Джоуля и Ленца, т. е. на
тепловом эфекте, вызываемом в проводнике при прохождении электриче-
ского тока и выражаемого формулой
Q = 0,238 J2Rt (1)
Этот вид сварки имеет три разновидности; 1) стыковая сварка,
2) точечная сварка и 3) роликовая сварка (шовная), отличающихся
друг от друга характером подвода тока и конструкцией соединения.
(См. рис. 79). Диаграмма свариваемости различных металлов пред-
ставлена рис. 80.
1. Стыковая сварка
Этот вид сварки, в зависимости от способа его проведения, разде-
ляется па сварку сопротивлением и сварку с оплавлением.
Рис. 79. Схемы соединений различными
способами контактной сварки.
А—Стыковая сварка. В—Точечная сварка.
С—Шовная (роликовая) сварка.
Принцип стыковой свар-
ки представлен рис. 81,
из которого видно, что сва-
риваемые детали зажима-
ются в специальные прис-
пособления в виде тисок,
к которым подведен ток от
вторичной обмотки понизи-
тельного трансформатора.
Обычно, вторичная обмотка
сварочного трансформатора,
питающего контактную ма-
шину (аппарат), предста-
вляет собой один, полтора
или два витка, т. е. обес-
печивается низкое напря-
жение и, при достаточной
мощности аппарата, — боль-
шая сила тока. Приспособ-
ления для зажатия деталей
изготовляются такими, ко-
торые позволили бы одной
паре тисок передвигаться
по направлению сварки.
У маломощных аппаратов
1G8
Сталь______
Нер^.сталь
Никель
, Нихром.
Монель-мет.
Лалпунь
бронза
Медь
Алюминий
Магний
□□□□□□О-.
оазаоасО-,
□□аппоипп!
магний [ । | is
Молибден •!•!•
Свинец
Олово
кадмий
(□□@1
lo
• • Хорошая аварка?
• - Хорошая сварка
но хрупкий шов
.^-Плохая сварка
О- Совершенноне
сваривается
Пустые мести не
м'х z испробов. комбинация
/
/ FZ <№z\ /
>}/W7 Z
plOl«
®0®OOODSI
____________оои
...-ОЯЕЖзпаавииаао—
|®Чжи«ивпапоаивятпВО
--стооаигахшЯ
ташамнипт
оцинкоож
Лужен, жел.
Рис. 80. Диаграмма свариваемости различных металлов контактной
сваркой.
передвижение подвижной пары тисов осу-
ществляется вручную. Что же касаетси
аппаратов большей мощности, т. е. для
сварки больших сечений (выше 40—50 мм
в диаметре) передвижение последних ме-
ханизировано, то же зажатие деталей в
тиски. Зажатию деталей в тиски пред-
шествует тщательная очистка мест, за
которые будет зажата деталь.
Аппараты предусматривают воз-
можность регулирования мощности в за-
висимости от сечения свариваемых де-
талей.
Рис. 81. Схема стыковой
сварки.
Регулирование производится помощью переключателя, изменяющего
количество витков первичной обмотки. У зажимов (тисок) делаются
вставные губки из меди. Губки или места соединений охлаждаются не-
109
прерывно (при сварке) водою. При массовой работе, в губках делается
паз, соответствующий сечению свариваемых деталей, что способствует
правильному центрированию деталей.
Сварки сопротивлением
Детали, подвергающиеся сварке сопротивлением, т. е. без оплавле-
ния, перед тем как зажимаются в тиски, тщательно очищаются или
даже фрезеруются в торцах для обеспечения лучшего контакта. Затем
детали закладываются в тиски и плотно прижимаются друг к другу.
После этого включается электрический ток от прерывателя, стоящего
в первичной обмотке трансформатора. Ток, проходя через контактное со-
противление, производит разогрев торцев стыка, доводя их до темпера-
туры сварочного состояния, которое зависит от химического состава
металла. Для малоуглеродистой стали эта температура составляет по-
рядка 900°—1000°С. Так как в месте стыка сопротивление больше
чем в выступающих частях деталей, то в первую очередь происходит
разогрев в торцах. После разогрева деталей производят выключение тока
и осуществляют сильное сжатие, чем и завершается процесс сварки.
После сварки по этому способу, в месте стыка имеется определенное утол-
щение. Качество сваренного стыка находится в зависимости, в основном,
от следующих факторов: 1) Мощности машины и, 'следовательно, про-
должительности времени действия тока. 2) Силы сжатия стыка после
сварки. 3) Установочной длины выступающих частей. 4) Степени на-
грева и, как следствие, величины осадки последнего. 5) Состояния тор-
цев свариваемых деталей. 6) Формы свариваемых деталей и 7) Состоя-
ния контактов зажима (тисок).
Разберем влияние вышеуказанных факторов.
1) Мощность машины—выбирается по принятой плотности
тока и, следовательно, находится в зависимости от сечения свариваемых
деталей и одновременно влияет на скорость сварки, т. е. чем меньше
будет мощность, тем большее время требуется для сварки’данного стыка.
При сварке малой мощностью расход электроэнергии увеличивается в
силу большего промежутка времени, в течение которого нагреваются не
только торцы, но и вся длина выступающих частей деталей п, следова-
тельно, увеличиваются потери на теплопроводность и лучеиспускание.
Для грубых расчетов возможно пользоваться при сварке малоуглероди-
стой стали потребной мощностью в 3—4 ква на каждый см2. Точнее
можно определить по данным фирмы Томсон Гибб согласно таблице 9,
в которой одновременно дается и продолжительность сварки одного
стыка в секундах.
ПО
Таблица 9
Выбор потребной мощности аппарата для стыковой сварки сопротнв-
______леннем малоуглеродистой стали по данным Томсон-Гибб______
Сечение свариваемых деталей в мм2 Потребная мощность в КВТ. Время сварки в сек.
72 3,5 5
126 5 5
196 7,5 10
284 12 15
390 15 18
506 18 20
642 25 25
1256 50 40
1500 65 45
Таблица 10
Установочные длины при стыковой сварке_______
Свариваемые металлы Установочная длина
а в а 1 1 в
Малоуглеродистая сталь Малоуглеродистая сталь 0,7 d 0,7 d
Высокоуглерод. сгаль Малоуглеродистая сталь 0,6 . 1,8 „
Латунь Латунь . . 1.5 „ 1,5 .
М. угл. сталь Латунь 0,6 . 2.8 „
Медь Медь 2,0 „ 2,0 .
М. угл. сталь Медь 0,7 „ 4,0 „
Выс. угл. сталь .... Выс. угл. сталь .... 0.5 , 0,5 .
Латунь • . Медь 1 . 4 „
Примечание. При сварке не круглых стержней длина
выступающих частей (установочная длина) принимается по диаметру,
полученному при пересчете сечения свариваемых деталей на соот-
ветствующее круглому сечение. При сварке различных сечений
соответственно меняется длина выступающих частей, однако в торце
стремятся к получению одинакового сечения, что достигается хо-
лодной обработкой большего сечения.
111
2) Сила сжатия стика после нагрева, для получения ка-
чественной сварки, составляет порядка 3—4 кг/мм2. Чрезмерное уве-
личение силы сжатия вызывает увеличенную осадку металла и ухуд-
шает качество свариваемого стыка. Для углеродистой стали предельной
величиной силы сжатия принято 8 кг/мм2.
3) Установочная длина выступающих частей имеет перво-
степенное значение и в зависимости от химического состава прини-
мается различно. В таблице 10 представлены данные для устано-
вочных длин, считая от зажимов до стыка для различных материалов.
Длина выступающих частей взята в зависимости от диаметра детали.
4) Степень нагрева и осадка стыка находятся в не-
прерывной связи, т. е. при большем нагреве стыка увеличивается
осадка последнего и наоборот. При правильном нагреве и давлении
величина осадки в мм для различных диаметров стержней представлена
на рис. 82 в виде кривой.
Рис. 82. Кривая осадки металла
при стыковой сварке сопротивле-
нием.
5) Состояние торцев свариваемых
деталей, как было указано выше,
должно быть таковым, чтобы была
исключена возможность непровара по
причине загрязнения торца. С этой
целью торцы шлифуются на наждач-
ном камне или фрезеруются. То же,
в смысле чистоты относится к месту
зажима, т. е. как губки, так и де-
тали должны быть тщательно очи-
щены. В противном случае из-за
большого сопротивления будет про-
исходить потеря мощности на нагрев
в этом месте.
6) Форма стержней при открытом контуре (чаще применяется)
дает лучшие результаты, чем при замкнутом контуре, для сварки кото-
рого, в силу разветвления тока, требуются большая мощность и время.
При больших сечениях замкнутого контура, последний значительно шун-
тирует ток стыкового контакта и в этом случае прибегают к специаль-
ному приспособлению в виде железного пакета, одеваемого на замкнутый
контур. Последний увеличивает индуктивное сопротивление всего контура.
Сварка стыковая с оплавлением
Этот процесс отличается от процесса сварки сопротивлением тем,
что здесь не требуется зачистки торцев, так как он основан на перво-
начальном оплавлении торцев, а затем их сжатии.
Процесс осуществляется следующим образом: при включенном токе,
помощью механизма сжатия торцы свариваемых деталей неоднократно
приводятся в соприкосновение, что вызывает образование мелких воль-
112
товых дуг (по селению деталей), которые производят оплавление. В мо-
мент оплавления производится сжатие при включенном токе, что спо-
собствует удалению различных окислов на поверхность в виде так назы-
ваемого грота. 4 При достаточном удалении расплавленных частиц ме-
талла выключается ток, продолжая сжатие, и тем завершается процесс
сварки. Этот способ требует повышенной мощности аппарата и грубо
определяется в 6 — 7 ква/мм2.
Таблица 11
Стыковые машины з-да .Электрик*
Общие технические данные
Тип АСН-З АСН-5 АСН-25 АС-75 АС-50 АС-100
127 127 220 220 220 220
Первичное напряжение вольт 220 220 380 380 380 380
380 — 500 590 500 500
Продолжительная мощность ква 2,6 2,72 22 58 25 80
при прерывистом
режиме ПНР о/о 12,5 12,5 12,5 10 12.5 12,5
Сварка «яг- св*ри“’е ce4e‘ кой стали НИЯ в м ... . 60 80 400 2400 800 1600
число сварок в час 100 100 60 15 30 30
Максимальные свариваемые се-
чения при работе с переры-
вами в мм2 100 100 800 4000 1200 2400
Ход подачи в мм 25 — 100 175 70 90
Ход зажимов в мм 15 — 60 240 — —
Расход охлажд. воды в л/час. . . нет нет 400 900 600 1000
высота .... 610 — 980 1880 1115 1350
Габарит в мм ширина . . . 354 — 955 1825 1325 2130
длина .... 260 — 1320 1850 1524 1830
Осадка металла здесь большая, примерно па 25% за счет образо-
вания грата (вытесненные окислы металла). Таким образом, процесс
сварки с оплавлением имеет то преимущество, что он производится
с меньшей затратой времени и позволяет сваривать стыки без специаль-
ной подготовки (зачистки). Дополнительно следует указать, что этот
способ стыковой сварки по сравнению оо способом сварки сопротивле-
нием требует меньшего расхода электроэнергии и позволяет автомати-
8 Краткий курс сварки
113
зировать процесс. При сварке методом оплавления рабочее место еле*
дует ограждать, так как при этом способе выделяется большое коли-
чество искр, могущих принести вред окружающим.
Стыковая сварка получила широкое применение в авто- и авиа-
промышленности, а также в инструментальном деле при сварке сверл,
фрез и приварке быстрорежущих пластин к поделочной стали державок
резцов.
При сварке инструмента, после окончания ее, необходимо произ-
водить термическую обработку и, в зависимости от сорта специальной
инструментальной стали, предварительный подогрев в печи.
Прочность стыка, полученного пр способу с оплавлением или сопро-
тивлением при отжиге после сварки, дает примерно прочность целого
материала. Ниже приводятся основные данные стыковых машин, вы-
пускаемых в СССР на з-де .Электрик", таблицей 11.
II. Точечная сварка
По своему наименованию очевидно, что процесс сварки осуще-
ствляется отдельными точками, т. е. в тех местах, куда был подведен
сварочный ток через специальные электроды. Сущность процесса пред-
ставлена схемой рис. 83 и заключается в следующем: два или несколько
листов, положенных друг на друга (нахлестка), зажимаются специаль-
Рис. 83. Схема точечной сварки.
ними электродами машины, к которым подведен ток от вторичной об-
мотки трансформатора, обычно находящегося внутри машины. Электроды
представляют собою круглые стержни определенного диаметра и конча-
ются усеченным конусом, диаметр основания которого определяет
площадь, с которой стекает ток, попадая в свариваемые детали.
114
Следовательно, ток, проходя между электродами и зажатыми дета-
лями, будет в этом месте их разогревать до сварочного состояния и за-
тем при выключенном токе производится сильное сжатие деталей, осу-
ществляя сварку.
Таким образом точечная сварка уподоблена стыковой сварке сопро-
тивлением и отличается от нее тем, что здесь детали кладутся в на-
хлестку и сварка осуществляется в одной точке в виде кружка, диа-
метр которого определяется диаметром электрода.
В зависимости от конструкции свариваемого узла, толщины свари-
ваемых листов и мощности машины, диаметры точек колеблются от 2
до 20 мм. Электроды, во избежание сильного нагрева от протекающего
тока, делаются на определенной глубине полыми с тем, чтобы была воз-
можность их охлаждать водой. В зависимости от величины деталей и
конструкции узла, электроды имеют различную конфигурацию и вели-
чину вылета, т. е. расстояния от концов электродов до корпуса ма-
шины. Общий вид точечной машины представлен на рис. 84. Электроды
Рис. 84. Общий вид точечной машины типа АТН-16.
являются сменными для сварки различных толщин. Также, как в сты-
ковой машине, имеются ступени регулирования мощности машины путем
включения того или иного количества витков первичной обмотки транс-
форматора.
При точечной сварке допускается сварка листов в пакете, т. е.
несколько листов, уложенных друг на друга различной толщины.
Факторы, влияющие на качество точечной сварки, являются томи же,
что и при стыковой сварке,—дополнительно лишь имеет место влияние
8*
115
диаметра точки и правильное расположение ее в смысле расстояния
между точками и края листов.
Для сварки стали принято условие, что диаметр точки не должен
быть меньшим суммарной толщины свариваемых листов и ориентиро-
вочно для малых толщин определяется формулой
d — S + 4 мм (62)
где S — толщина более толстого листа в мм
d — диаметр точки в мм.
Выбранный по формуле (62) диаметр точки на основании опытных дан-
ных обеспечивает нужную прочность на срезывание точки и дает мини-
мальный износ электродов. В СССР существует проект ОСТа на выбор
диаметра точки в зависимости от суммарной толщины свариваемых ли-
стов, который представлен таблицей 12.
Таблица 12
Проект стандарта на диаметр контактной поверхности
__________________электродов в мм___________________
Общая толщина листов в мм Диаметр контакта электродов в мм Общая толщина листов в мм Диаметр кон- такта электро- дов в мм
1 4 10 10
2-3 5 И 11
4 7 12 12
5-6 8 13—14 13
7 9 15-16 16
Для правильного производства точечной сварки в смысле распреде-
ления тепла, зависящего от плотности тока и удельного давления, при
сварке различных толщин диаметры точек верхнего и нижнего электрода
принимаются разными. Именно: при сварке двух листов, лист, имеющий
большую толщину, требует меньшего диаметра точки и лист, име-
ющий меньшую толщину, требует большего диаметра точки.
, Такое различие в диаметрах точек обеспечивает правильное распре-
деление тепла и, следовательно, доброкачественность сварки. В противном
случае, т. е. при одинаковых диаметрах точек, плотность тока и удель-
ное давление были бы одинаковыми и в результате прохождения тока,
более тонкий лист, до надлежащего прогрева более толстого листа уже
стал бы плавиться, и, следовательно, имела бы место недоброкачественная
сварка. Удельное давление при сварке стали в среднем принимается в
5 кг/мм2, а для сварки меди в 2 раза меньше. Плотность тока в среднем
равна 80—90 ампер/мм2.
116
Напряжение, в зависимости от толщин, принимается в 1—4 вольта.
Величина нахлестки при сварке точками должна быть таковой,
чтобы обеспечить расстояние от края листа до начала точки в 0,5S,
где S—толщина большего листа в мм.
Расстояние между точками влияет на величину свариваемого тока
таким образом, что рядом стоящая точка шунтирует его и тем самым
удлиняет время сварки.
В среднем, расстояние между точками в мм берется для одноряд-
ных швов 1 —2d—3d и для двухрядных швов 1 = 4,5—6d, где d—-
диаметр точки в мм.
Даже при тщательно очищенной поверхности, на одном из листов,
в результате сварки образуется углубление порядка 0,1 —0,2S.
Чем грязнее поверхность и меньше диаметр точки, тем углубле-
ние больше.
Таблица 13
Точечные машины а-да .Электрик*
Общие технические данные
Тип АТ-З АТН-8 АТН-16 АТН-25 АТ-50
Первичное напряжение в вольт. . . 120 220 220 380 220 380 220 380 220 380
Продолжительная мощн. в ква .... 380 2,6 500 7,2 500 13,5 500 16 500 35
общая толщина в мм . 2 4 8 8 10
Сварка мяг- примерная производи- тельность точек в час. 900 900 900 1800 1800
кои стали Общая толщ] перерывами при прерывистом режи- ме ПКР о/о . ... ина стали при работе с i в мм 25 3 30 6 40 10 12,5 14 12,5 20
Полезный вылет электродов в мм . . 200 250 300 350 500
Вес машины в кг 75 235 357 720 —
Габарит в мм высота ширина 445 186 1000 540 1135 600 1500 1270 1500
Расход охлаждав глубина эщей воды в л/час. . . 590 30 1050 120 1310 200 730 350 500
117
Контактная поверхность электрода может быть плоской или шаро-
образной. Лучшие результаты дает шаровая поверхность, так как в на-
чале сварки здесь будет иметь место большая плотность тока и, следо-
вательно, быстрый нагрев. При смягчении металла (результат нагрева)
электрод углубляется в металл и тем самым меняет плотность тока
обеспечивая нужное качество сварки.
Место сварки представляет по сравнению с основным металлом
мелкозернистую структуру.
Привод электродов (сжатие до сварки и в момент сварки) осущест-
вляется либо ножной педалью (небольшие мощности), либо мотором. Про-
цесс сварки в смысле включения тока и выдержки по времени, в совре-
менных конструкциях автоматизирован установкой специальных пре-
рывателей, которые бывают ламповыми или механическими. Точечная
сварка имеет широкое применение во всех отраслях промышленности
народного хозяйства, как процесс соединения металлов—быстрый и де-
шевый. Выбор мощности машины и времени сварки производится по
нижеследующей таблице 13 данных для машин, выпускаемых в СССР. Мак-
симальная толщина свариваемых на точечной машине изделий состав-
ляет по современному состоянию 0x0 20 мм.
Рис. 85. Схема шовной (роликовой) сварки.
III. Шовная или роликовая сварка
Совершенно очевидно, что точечная сварка пригодна лишь для изде
лий, не требующих герметичности шва. Стремление получить герметичный
шов привело к способу укладки непрерывного ряда точек, т. е. к шовно-
роликовой сварке. Принцип действия шовно-роликовой машины показан
на рис. 85. Откуда следует, что в этом случае стержневые электроды
118
заменены вращающимися роликами-электродами, между которыми зажаты
листы, уложенные в нахлестку и, следовательно, ток, через ролики, кото-
рые включены на вторичную обмотку трансформатора, протекает по сва-
риваемым листам в месте контакта.
По принципу действия шовные машины делятся на следующие
типы:
а) Непрерывного действия, б) прерывистого действия и в) шаго-
вого действия.
При непрерывном действии ток—давление роликов и их вращение,
происходит непрерывно. Зажатые листы от вращения роликов приво-
дятся в поступательное движение и, следовательно, непрерывно полу-
чается сварка по линии, охваченной шириной основания роликов, т. е.
элементы, необходимые для осуществления сварки сопротивлением, про-
текают непрерывно. При прерывистом действии, вращение роликов и
давление их производится непрерывно, ток же автоматически регу-
лярно выключается. Этим, при замедленном (против первого способа)
движении роликов достигается принцип точечной сварки, однако с той
разницей, что здесь укладывается одна точка вслед за другой и полу-
чается сплошной шов. Величина перекрытия одной точки другой со-
ставляет от 0,5 В до 0,25 В, где В — ширина основания ролика.
По этому принципу строятся роликовые машины в СССР и они находят
себе широкое применение при сварке специальных сталей в авиа- и
автостроении. При шаговом действии, происходит систематическое вы-
ключение тока и прерывистая работа роликов. Причем, в момент вклю-
чения тока ролики не вращаются, при выключении тока ролики
приводятся во вращение и под ними передвигаются свариваемые листы.
Такой способ действия машины позволяет увеличить удельное давление
роликов и, следовательно, до некоторой степени качество сварки, так как
по предыдущим принципам действия, в силу нагрева места сварки, при
вращении роликов приходится иметь сравнительно небольшое давление
последних. Дополнительно следует указать на преимущество этого спо-
соба действия в смысле возможности регулировать интервалы между
точками в больших пределах.
Так же, как и при точечной сварке здесь применяются прерыватели
тока как механические, так и электрические—ламповые. За последнее
время широкое применение имеют ламповые прерыватели.
Движение роликов осуществляется от специального мотора. При-
водным чаще бывает один ролик. Зажатие детали и следуемое
за этим включение роликов осуществляются чаще всего ножной педалью.
Скорость сварки на шовных машинах колеблется от 1 до 2,5 метров
в мин. Мощность машины определяется по толщине свариваемых листов
и длине вылета, т. е. расстояния роликов от корпуса машины. Совре-
менные шовные машины позволяют сваривать листы в нахлестку с сум-
марной толщиной в 8 мм и имеют вылет до 1500 мм. Нижний ролик
может быть заменен штангой и в этом случае изделие остается непод-
119
вижным, а находящиеся на штанге ролик, передвигаясь, осуществляет
сварку. Расположение роликов бывает поперечным и продольным, т. е.
плоскость ролика по диаметру по отношению к корпусу машины бывает
параллельна и перпендикулярна. В первом случае сварка листов не
ограничивается по длине, во втором случае, длина шва определяется вы-
летом электродов и в машинах, изготовляемых в СССР, определяется
длиною 700 мм. Ширина основания ролика, определяющая ширину шва,
находится в пределах 3 — 6 мм; при.слишком малой этой ширине уве-
личивается износ роликов. Величина нахлестки при шовной сварке
определяется формулой (63).
D = А + 2 мм, (63)
где А — ширина шва в мм
D — величина нахлестки в мм.
Таблица 14
Шовные машины з-да .Электрик*
Общие технические данные
Тип АШ-16 | АШ-25 АШ-50 АШ-40
320 220 220 220
Первичное напряжение в вольтах .... 380 380 380 380
500 500 5С0 500
Продолжительная мощность в ква 13 20 35 30
при прерыв. режиме ПРК о/о 70 70 70 70
СВ"ГгТ“ЯГ листов в мм кой стали 2 3 4 3
скорость сварки в мм . . . . 1 1 1 1
Общая толщина свариваемых листов при ра-
боте с перерывами в мм 3 4 6 4
Расход охлаждающей воды в л,час 200 400 500 400
Полезный вылет электродов в мм 320 400 500 700
Рабочий ход электродов в мм 60 45 3 45
Диаметр нижнего ролика в мм 80 80 80 80
Мощность приводного мотора в кв .... 0,25 1,2 1.75 0,52
высота 1200 — — 1355
Габарит в мм ширина 640 — — 735
глубина 1200 — | 1605
120
Шовной сваркой возможно осуществлять соединения в стык без на-
хлестки. В этом случае, ролики располагаются не друг под другом, а
параллельно друг другу, т, е. каждый на кромке свариваемого изделия
см. рис. 86. Таким образом осуществляется сварка труб. Общий вид
шовной машины представлен на рис. 87. Данные машин, выпускаемых
в СССР, представлены таблицей 14, по которой можно определить все
необходимые данные для сварки.
Рис. 86. Расположение ро-
ликов при контактной свар-
ке труб.
Рис. 87. Общий вид шовной (роли-
ковой) машины типа АШ-40.
Рельефная сварка
Этот вид точечной сварки осуществляется путем предварительной
подготовки листов и определяется множеством точек. Подготовка заклю-
чается в том, что листы перед сваркой на прессе проходят штам-
повку-вытяжку точек, и при накладывании одного листа на другой
сварка происходит по этим точкам одновременно.
ГЛАВА XI.
Методы контроля качества сварных соединений и швов
К существующим в практике способам испытания сварки следует
отнести следующее:
1) Проверка подготовки под сварку. 2) Испытание сварщиков.
3) Испытание основного и электродного материала и, наконец, испы-
тание готовой конструкции, которая сводится к следующим 2 группам.
а) Испытание с разрушением изделия, б) Без разрушения. Ниже,
нами дается характеристика испытания вышеуказанными способами:
121
1) Проверка подготовки под сварку—эта операция скорее от-
носится к заготовительному цеху, чем к сварочному, однако она имеет
первостепенное значение, так как неправильная или неравномерная
подготовка кромок приводят к излишнему наплавленному металлу и в
дальнейшем к большим внутренним напряжениям. Для проверки подго-
товки кромок пользуются шаблонами, по конфигурации сходными с тре-
буемой подготовкой кромок. Подобными шаблонами проверяется и раз-
мер уже выполненного шва.
2) Испытание сварщиков является основным способом предва-
рительной оценки будущей конструкции и поэтому, по существующим
правилам, для сосудов, работающих под давлением свыше 0,7 ати, предъ-
являют требования допуска только хорошо подготовленных сварщиков,
т. е. таких, которые обеспечивали-бы нужную прочность шва.
Сварщики испытываются по определенной программе, в которую
входит сварка образцов, в дальнейшем подвергающихся механическим и
металлографическим испытаниям. Форма образцов принимается по
7687
ОСТ № ~221"о На испытание сваРых швов- При удовлетворительном
испытании сварщик получает паспорт, дающий право выполнять от-
ветственные работы. Систематическим испытанием сварщиков добиваются
до некоторой степени хороших результатов в сваренных конструкциях.
3) Испытание электродного и основного металла ставится ос-
новным условием при выполнении ответственных конструкций. По
результату испытания, охваченного также ОСТ 20032, судят о проч-
ности будущих конструкций. Результаты испытания заносятся в спе-
циальную книгу.
Испытание шва с разрушением конструкций
К этому виду испытаний относятся вырезки образцов со швом,
непосредственно из сварной конструкции для испытаний на разрыв,
загиб и удар. По различным техническим условиям эти вырезки про-
изводятся либо на каждой предъявленной к сдаче конструкции, либо
на одной из ряда конструкций. Такой способ испытания нельзя при-
знать удовлетворительным, так как необнаруженный дефект конструк-
ции при испытании образцов может появиться во время заварки
места вырезки последних. Однако, и по сей день имеют место вы-
резки в виде пробок для металлографического исследования при кон-
троле. Наиболее совершенным и правильным является испытание кон-
струкций без разрушения.
Испытание шва без разрушения конструкций
К этому виду контроля сварных швов относятся:
а) Гидравлические и воздушные испытания под определенным
давлением, в зависимости от технических условий, существующих для
122
испытуемых сосудов. Обычно, это давление доводится до 1,5-го или
2-го от нормального. При гидравлическом испытании, в сосуд наливается
вода и задается насосом определенное давление, которое выдерживается
несколько минут, затем давление снимается и, под естественным напо-
ром залитой воды производят простукивание молотком сомнительные
места швов. При обнаружении течи делается метка, по которой, после
слива воды, вырубают недоброкачественное место с последующей завар-
кой его. При испытании воздухом необходимо изделие поместить в со-
суд с водой, в противном случае, при недоброкачественной сварке,
может произойти взрыв со всеми вытекающими отсюда последствиями.
При испытании воздухом с небольшим давлением (значительно меньше
расчетного) сосуд не помещается в воду, а швы смазываются мыльной
водой и по появляющимся пузырькам воздуха судят о плотности шва.
Подобное этому испытанию, без давления, на неответственных сосудах,
качество шва проверяют керосином, которым смачивается шов с одной
стороны и по образующейся с обратной стороны коррозии определяют
плотность шва. Указанные выше испытания давлением вполне удовле-
творительны для соединений в стык и непригодны для соединений в на-
хлестку с двухсторонними швами, так как при недоброкачественности
внутреннего шва и пригодности наружного, выявить дефектное место
трудно. Для выявления дефекта, в этом случае следует сверлить в од-
ном месте нахлестки отверстие и в него производить заливку водой
помощью приваренной специальной трубки. Наблюдением с обеих сторон
устанавливают поврежденное место.
б) Акустическое испытание, т. е. испытание звуком,
основанное на различной высоте последнего, и изменений тона под дей-
ствием удара молотком по изделию, в отдельных точках. Таким образом,
обстукивая шов, по изменению звука находят дефектное место. Для
усиления звука пользуются стетоскопом. Широкого применения этот
способ не получил.
в) Магнитоскопический способ. По этому способу изде-
лие намагничивается в целом или на отдельных участках и затем по-
сыпкой шва железными опилками, через бумагу, или непосредственно по
расположению опилок, определяют дефектное место. Опилки распола-
гаются равномерно по направлению магнитных силовых линий. При де-
фектном месте опилки сгущаются, указывая на непровар, трещину или
раковину. Этот способ также не получил широкого применения.
г) Электрический способ. Этот способ основан на изме-
нении омического сопротивления при прохождении тока. Имея эталоны,
судят о дефектном месте. Этот способ нашел применение при испытании
сварных рельсов—прибором Сперри.
д) Электромагнитный способ. По этому способу спе-
циальным двухполюсным электромагнитом создается магнитное поле, по-
перечное шву, на шов между полюсами магнитов располагают катушку -
искатель, которая в свою очередь включена через ламповый усилитель
123
на телефон или гальванометр. В дефектных местах напряжение магнит-
ного поля меняется и, следовательно, меняется индукция в катушке
искателя, что в свою очередь отражается различием звука в телефоне
или колебаниями стрелки гальванометра. Передвигая электромагнит и
катушку искателя вдоль шва, находят дефектные места. По этому прин-
ципу действия, в практике, применяют дефектоскоп проф. Хренова и
Назарова. Принципиальная схема этого способа представлена рис. 88.
Рис. 88. Принцип работы электромагнитного де-
фектоскопа.
Все вышеуказанные способы дают возможность определять в той
или иной степени дефект, не оставляя следа в виде документа. Однако,
при изготовлении ответственной аппаратуры, необходимо ее сопровождать
определенной документацией.
Рентгеновское испытание
Наиболее совершенным способом испытания металлов в настоя-
щее время признано испытание лучами Рентгена. Этот метод оказался
достаточно надежным и при контроле сварных швов. Рентгеновское ис-
пытание основано на способности лучей Рентгена проникать в металлы
различно, в зависимости от плотности последних, т. е. чем больше
плотность металла, тем больше поглощается количество лучей в нем.
Схема просвечивания шва рентгеновскими лучами представлена рис. 89.
При действии рентгеновскими лучами на сварное соединение, в за-
висимости от наличия дефектов шва в виде раковин, трещин, шла-
ковых включений и т. п., в них будет поглощаться меньшее коли-
чество рентгеновских лучей, чем в целом металле и, следовательно, при
рентгеноскопии, т. е. при рассматривании через флуоресцирующий
экран, на нем будут различные по плотности, световые эфекты в виде
теневых пятен.
124
При доброкачественном шве, последний на фоне основного металла
представится в виде светлой полоски. При недоброкачественном шве,
т. е. при наличии раковин, шлаковых включений и т. п. па этой по-
лоске будут пятна, по тону отличающиеся от полоски шва. Для фикса-
ций качества шва не применяют экрана, а пользуются рентгеногра-
фией, т. е. устанавливают кассету со светочувствительной пленкой,
проявление которой дает рентгенограмму шва. В СССР изготовляются
аппараты для просвечивания стали до 18 мм толщиной. Аппараты дают
возможность менять жесткость луча в зависимости от толщины просве-
чиваемого металла, так как количество поглощаемых лучей зависит от
толщины металла.
Рис. 89. Принципиальная схема рент-
генографии шва.
ГЛАВА XII
Техника безопасности при сварке
Вопросам техники безопасности в любом сварочном цехе и на
монтажных работах, во избежание несчастных случаев, могущих быть
с рабочими-сварщиками, должно быть уделено достаточно внимания.
То же относится и к вспомогательным рабочим, находящимся близко
к сварочному посту. Специфика работ на отдельных видах сварки
предъявляет различные требования. Ниже нами даются краткие ос-
новные положения по технике безопасности для каждого вида сварки
в отдельности.
125
Газ’овая сварка в резка
Для защиты глаз сварщика от металлических искр, необходимо
всегда работать в защитных очках. Цвет стекол в очках бывает синий,
зеленый и соломенный. Окраска стекол применяется для защиты глаз
от яркости света пламени горелки, что в свою очередь уменьшает
утомляемость.
Пущенный в ход ацетиленовый генератор должен иметь обяза-
тельно водяной затвор, готовый к работе, т. е. залитый до определен-
ного уровня водой. При работе в условиях низких температур ни
в коем случае не разрешается отогревать замерзшие части генератора
или баллона открытым огнем.
На каждом газовом баллоне имеется клеймо даты его испытания,
с печатью инспектора труда. Поэтому нельзя работать с баллоном, ко-
торый имеет просроченную дату испытания.
Баллоны необходимо охранять от падения и огня. Возле генера-
тора на расстоянии менее 4 — 5 м не допускается наличие открытого
огня, т. е. рабочее место сварщика должно быть не ближе этого рас-
стояния. Транспортируемые баллоны с газами должны иметь опреде-
ленный цвет: кислород—синий, ацетилен—белый и т. д. Накачка
других газов в эти баллоны запрещается. К кислородному баллону
нельзя применять никаких жиров для смазывания. Во избежание
взрыва ремонт вентилей баллонов вне завода, поставляющего газ, до-
пускать нельзя. Тоже нельзя допускать нагрев ацетиленового генера-
тора выше 57°С. В цехе баллоны должны быть укреплены к специ-
альной стойке.
Электродуговая сварка
При электродуговой сварке, электросварщик соприкасается с на-
пряжением сети (при включении аппарата), следовательно, аппаратура,
применяемая для включения сварочного трансформатора или агрегата,
должна быть вполне исправной, не допускающей возможности соприкос-
новения сварщика с токоведущими частями сетевого напряжения. В про-
тивном случае, сварщик может получить поражение током, которое при
определенных условиях может окончиться смертью. Что же касается
напряжения, с которым оперирует электросварщик в процессе работы
(40—65 в), оно столь невелико, что серьезного поражения током по-
лучить нельзя. Однако, при неисправности машины или трансформа-
тора, во вторичной цепи и кожухе машины может появиться сетевое
высокое напряжение и, следовательно, может иметь место поражение
током. Во избежание этого, все корпуса машин и трансформаторов за-
земляются.
Вольтова дуга, помимо инфракрасных лучей, излучает ультрафиоле
товые лучи, которые влияют сильно на зрение и кожу человека. При
126
действии этими лучами, даже непродолжительное время, человек полу-
чает ожог, сопровождающийся болезненным ощущением с резью глаз,
глаза краснеют и слезятся, дополнительно появляется сильный насморк.
Для защиты сварщика и окружающих от действия лучей вольто-
вой дуги необходимо принять соответствующие меры. Именно, с целью
индивидуальной защиты, сварщик применяет щиток или шлем (рис. 90),
которые закрывают полностью лицо сварщика. В щитке вставлено
стекло-фильтр, которое не пропускает ультрафиолетовые лучи и через
него сварщик наблюдает за проводимым процессом сварки. Спецодежда
в виде брезентового костюма и рукавиц предохраняют сварщика от непо-
Рис. 90. Щиток и головной шлем для электросварщика,
средственного ожога каплями металла—окружающих вольтовую дугу.
Для защиты окружающих рабочих цеха и рядом работающих сварщиков
рабочее место электросварщика окружается щитами или занавесами,
образуя кабину размером не менее 1,5X1,5 м. Размер кабин опреде-
ляется габаритами свариваемых изделий. При монтажных работах при-
меняют переносные щиты. Для большего поглощения отраженных лучей
от вольтовых дуг окраску цеха производят в темные (часто серые) мато-
вые цвета. Во избежание ожогов от тепла расплавленного металла и
разогрева от протекания тока в электрододержателе, последний должен
быть надлежащей конструкции. К электрододержателю предъявляются до-
полнительные требования, возможности доведения до минимума вели-
чины огарков электродов.
Сварка сопротивлением
При этом способе сварки особых дополнительных в электрической
части мер указать нельзя, за исключением стыковой сварки с оплав-
лением, где появляющийся мощный поток искр понуждает огораживать
машину щитами. Одновременно следует предупреждать рабочих у ма-
шины об опасности попадания руками в сжимающиеся механизмы тисни,
электроды, ролики, где давление часто превышает 3 кг/мм2.
Библиография
1. Науман В. Г.—Технология газовой сварки. ОНТИ 1907 г.
2. Клебанов Н. И.—Аппаратура и технология газовой резки.
МАШГИЗ 1939 г.
3. Фалькевич А. С.—Аппаратура для газовой сварки. ОНТИ,
1936 г.
4. Огневецкий А, С.—Электрическая сварка металлов. ОНТИ,
1931 г.
5. Николаев Г. А. и Гельман А. К. Сварные конструкции.
ОНТИ, 1937 г.
6. ЦНИИМАШ—Новые режимы сварки. ОНТИ, 1937 г.
7. ВНИТОС—Сборник. Контактная сварка в СССР. ОНТИ, 1935 г.
8. Алексеев А. А. и Ахун А. И. Электрическая контактная
сварка. ОНТИ, 1935 г.
9. Никитин В. П.—Электросварочные машины (Основы теории).
1938 г.
10. X р е н о в К. К. Ярхо В. И. Технология дуговой электросварки.
Могиз 1940 г.
гунз НПРИОМТЕИСТИЛЬ СССР
МОСКОВСКИЙ ТЕНГТИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
‘а»ч<№<'ял.нлячмии
нИ
Издание МТИ