Технологія електродугового різання металу

При електродуговому різанні необхідно весь струмопідвід надійно ізолювати. Найчастіше різання виконують металевими плавкими електродами, які виготовляють з низьковуглецевих сталей діаметром 6-7 мм довжиною 350-400 мм, з покриттям товщиною 2 мм. Для захисту від води покриття насичене парафіном, целулоїдним лаком або іншими вологостійкими матеріалами. Використовують постійний струм прямої полярності на 10-20% більший порівняно з різанням на повітрі. Різання виконують методом упирання.

Електро-кисневе різання виконують спеціальними трубчастими електродами діаметром 7 мм і товщиною стінки 2,5 мм, покритими товстим шаром водонепроникної речовини (рис. 5).

У трубку за допомогою спеціального тримача від балона по шлангу подається кисень під тиском 0,15-0,35 МПа. Дуга нагріває метал, а кисень окиснює його як при звичайному кисневому різанні. Після вмикання струму над поверхнею води, різальник натискає важіль кисневого клапана, збуджує дугу і починає переміщення електрода вздовж лінії різа. Цим способом можна різати метал товщиною до 300 мм.

Можна використовувати вугільні й графітові електроди з осьовим каналом, у який вставляють мідну або кварцеву трубку. Для збільшення електропровідності та підвищення механічної міцності стрижні електродів покривають металевою оболонкою, на яку наносять водонепроникне покриття. Недоліком таких електродів є великий діаметр (15-18 мм). Використовують також карборундові електроди із сталевою оболонкою і водонепроникним покриттям. Електро-кисневе різання виконують на глибині до 100 м на постійному струмі прямої полярності.

Напівавтоматичне електро-кисневе різання тонким дротом виконують напівавтоматом ППСР-300-2. Дуга горить у захисному газі, який подається через спеціальний шланг разом із дротом. Кисень подається по окремому шлангу. Швидкість різання при товщині металу 10 мм і силі струму 270-280 А становить 11 м/год, для товщини металу 25 мм і силі струму 300 А — 2,5-2,8 м/год. Продуктивність напівавтоматичного електро-кисневого різання значно вища ручного, що важливо при різанні на великих глибинах.

Для різання під водою вибухом використовують різаки, які працюють за допомогою порохових патронів. Різання вибухом застосовують для різання дроту, кабелів, якорних ланцюгів тощо. Установку оснащують кумулятивним (направленим) вибуховим зарядом запалювальним шнуром, детонатором, електричним кабелем, захисною огорожкою матеріалів, які розташовані біля місця різа.

У даний час для різання під водою використовують плазмове різання. Продуктивність підводного різання залежить від виду різання, прозорості води, досвіду зварника та ін. Техніка підводного різання дозволяє виконувати роботи на глибині до 150 м і різать метал товщиною до 150 мм.

ЗВАРЮВАЛЬНЕ ПОЛУМ’Я

Зварювальне полум’я утворюється при згоранні горючого газу або парів рідини в кисні. Найчастіше використовують ацетиленокисневе полум’я тому, що воно має найвищу температуру (31500С). полум’я складається з трьох зон (рис.6).

1.              Ядро має різко окреслену форму з яскраво – світлою оболонкою і зовнішнім шаром, де згоряють розжарені частинки вуглецю при розпаді ацетилену. Діаметр каналу мундштука визначає діаметр ядра, а швидкість витікання суміші  його довжину (близько 17 мм).

Полум’я не повинно бути надто «м’яким» або «жорстким». «М’яке» - схильне до зворотних ударів і хлопків, «жорстке» - здатне видувати розплавлений метал із зварювальної ванни. При збільшенні номера мундштука, розміри ядра збільшуються. Температура ядра становить 10000С.

2.              Відновна зона розташована за ядром і має більш темний відтінок, її довжина дорівнює 20 мм. Зона складається з продуктів згоряння ацетилену – оксиду вуглецю і водню. Вона називається відновною тому, що оксид вуглецю і водню розкислюють розплавлений метал, віднімаючи кисень від його оксидів. Якщо при зварюванні метал знаходиться в середній зоні, то шов виходить без пор, газових і шлакових включень. Цією зоною полум’я виконують зварювання. відновна зона має найвищу температуру (31500С) на відстані 3 – 7 мм від кінця ядра.

3.              Зона повного згоряння (факел) розташована за відновною зоною. Вона складається з вуглекислого газу, парів води і азоту, що утворюються при згоранні оксиду вуглецю і водню відновної зона за рахунок кисню зовнішнього середовища. Температура факела становить від 1200 до 25000С.

Залежно від співвідношення між киснем і ацетиленом одержують три основних полум’я.

       Нормальне полум’я теоретично утворюється, коли в пальник на один об’єм кисню надходить один об’єм ацетилену. Практично кисню надходить трохи більше – від 1,1 до 1,3 об’єму ацетилену. Нормальне полум’я характеризується відсутністю вільного кисню і вуглецю в його відновній зоні. Кисню подається більше через його забрудненість і витрати на згоряння водню. У такому полум’ї яскраво виражені всі три зони. Нормальне полум’я використовують для зварювання сталі.

       Окиснювальне  полум’я утворюється при надлишку кисню, коли в пальник на один об’єм ацетилену подається більше 1,3 об’єму кисню. При цьому ядро набирає конусоподібної форми, значно скорочується за довжиною, стає з менш чіткими обрисами і набирає більш блідного відтінку. Скорочується відновна зона і факел. Полум’я набирає синьо-фіолетового відтінку. Горить з шумом. Температура вища від температури нормального полум’я, але зварювати ним сталі не можна через наявність надлишку кисню, який призводить до окиснення металу шва, пористості і крихкості. Окиснювальне полум’я використовують при зварюванні латуні і паянні твердими припоями.

       Навуглецювальне полум’я утворюється при надлишку ацетилену, коли в пальник на один об’єм ацетилену продається 0,95 і менш об’єму кисню. Ядро втрачає чіткість своїх обрисів, на кінці його з’являється зеленний вінчик, за яким роблять висновок про надлишок ацетилену. Відновна зона значно яскравіша і майже зливається з ядром, а факел набирає жовтуватого відтінку. При великому надлишку ацетилену полум’я починає коптити, тому що в ньому не вистачає кисню для повного згоряння ацетилену. Надлишковий ацетилен легко поглинається розплавленим металом і погіршує якість шва. Температура полум’я нижча від нормального і окислювального. Використовують для зварювання чавуну і при наплавленні твердими сплавами.

Зварювальник визначає характер полум’я на око за його формою і відтінком.

При регулюванні полум’я слід звертати увагу на правильний відбір витрат горючого газу і кисню. Горюча суміш має вежа нічний вплив на розплавлений метал і  формує валик шва. Рідкий метал відтискається до країв ванни. Характер формоутворення металу шва залежить від кута нахилу мундштука до поверхні зварюваного металу.

Рис.6 Види зварювального полум’я:

а – окислювальне; б – нормальне;

в – навуглецювальне; 1 – ядро; 2 – відновна зона; 3 – факел 

Тиск газів переміщує рідкий метал до задньої стінки ванни і  утворює луску шва.

При великому тиску кисню полум’я стає «жорстким» і видуває розплавлений метал з ванни, ускладнюючи зварювання.

Характер полум’я підбирають залежно від зварюваного металу та його властивостей.

У процесі зварювання розплавлений метал ванни взаємодіє з полум’ям ця взаємодія залежить від властивостей металу і складу полум’я. Ця взаємодія залежить від властивостей металу і складу полум’я. вона характеризується малим об’ємом, високою температурою і великою швидкістю охолодження.

Розплавлений метал взаємодіє з газами полум’я, в результаті чого проходять окисно – відновні реакції.

Окиснення призводить до погіршення механічних властивостей шва. Тому для уникнення окис окислювальних процесів у присаджувальні матеріали та флюси водять спеціальні розкислювачі, які мають більшу спорідненість з киснем, ніж метал. При зварюванні сталі розкислювачем є вуглець, кремній, марганець. Тому вуглецеві сталі можна зварювати без флюсів.

Утворений у процесі реакції оксид вуглецю викликає кипіння і розбризкування металу. Якщо метал кипить до початку кристалізації, то це сприяє виділенню сторонніх неметалевих включень. А якщо метал кипить під час кристалізації, то утворюються бульбашки оксиду вуглецю, які не встигають виділитись і залишаються у вигляді пор. оксид кремнію і марганцю зменшують вміст оксиду вуглецю. Утворені оксиди кремнію і марганцю е розчиняються в металі, а спливають і переходять у шлаки.

Розкислення ванни частково здійснюється вуглецем, оксидом вуглецю і воднем, що є в полум’я. при цьому полум’я не тільки відновлює оксиди, але й захищає розплавлений метал від кисню та азоту повітря.

Відновлювачем заліза із його оксиду є водень, який при зниженні температури намагається виділитись з ванни. Якщо кристалізація проходить швидко, то водень у вигляді бульбашок може залишитися у зварювальному шві. Водень захищає метал від окиснення, відновлює його від оксидів, а також є причиною утворення пористості й тріщин.

При газозварюванні охолодження відносно повільне, тому водень та інші гази встигають виділитися з ванни і шов виходить без пор. азот, який проникає з повітря, знижує пластині властивості металу і викликає пористість.

Виплив зварювального полум’я на структуру шва

і зону термічного впливу.

Зварне з’єднання поділяють на три зони:

o        основного металу;

o        термічного впливу;

o        наплавленого металу шва.

При газозварюванні внаслідок повільнішого нагрівання зона термічного впливу (біляшова зона) більша, ніж при дуговому зварюванні і становить від 8 до 28 мм.

Зона термічного впливу має декілька структурних ділянок, які відрізняються за формою і будовою зерен. (рис83)

Рис. 8 Будова зони термічного впливу зварного з’єднання

1.    Ділянка неповного розплавлення заноситься в твердорідкому стані і визначає якість зварного з’єднання. В цій зоні проходить сплавлення кристалів металу шва із зернами основного металу, температура в ній вища за температуру палення металу.

2.    Ділянка перегріву – це область осевого , сильно нагрітого (1100-15000С) металу з крупнозернистою структурою і  зниженими механічними властивостями. В цій зоні можливе утворення гартованих структур.

3.    Ділянка нормалізації – область основного металу (930- 11000С) набирає дрібнозернистої структури з найвищими механічними властивостями.

4.    Ділянка неповної перекристалізації – область основного металу (720 – 9300С), в якій навколо крупних зерен розташовуються дрібні, утворені в результаті перекристалізації.

5.    Ділянка рекристалізації – частина основного металу (450 – 7200С), для якої є характерним відновлення форми і розмірів зруйнованих зерен металу, який раніше піддавався обробці тиском.

6.    Ділянка синьоламкості – видимих структурних змін не має (200 – 4500С), але характеризується зниженням пластичних властивостей.

Для покращення структури і властивостей металу шва і біляшовної зони використовують гаряче проковування металу шва, термообробку пальником, загальну термообробку в печах та повільне охолодження.