Инженер начинается в школе

Сварка

В настоящее время сварка является самым распростра­ненным способом получения неразъемных соединений. Сва­ривают детали машин, корпуса кораблей, элементы кон­струкций мостов и зданий и многое, многое другое. Сварку применяют также для исправления пороков литья и вос­становления поломанных деталей. Различают сварку дав­лением (кузнечная сварка), при которой металлы нагре­вают и сдавливают и они соединяются за счет диффузии (взаимного проникновения частиц металла одной детали в Другую), и сварку плавлением (ту, которую мы обычно наблюдаем), при которой металл свариваемых частей дово­дится до плавления, сливается вместе и по затвердевании образует сплошной прочный шов.

Кузнечная сварка применяется для низкоуглеродистой стали. Для сварки концам изделий придают необходимую форму и нагревают их до белого цвета. Затем свариваемые концы посыпают смесью кварцевого песка с поваренной солью и бурой (для очистки от шлака), накладывают друг на друга и молотком производят частые легкие удары. После сварки деталей кузнечный шов проковывают сильными уда­рами, что повышает его прочность.

По роду источников тепла для нагрева сварка делится на электрическую (дуговую и контактную), при которой электрическая энергия преобразуется в тепловую, и хими­ческую (кузнечную, термическую, газовую), при которой используется энергия химических реакций.

При газовой сварке источником теплоты, необходимой для расплавления металла, является пламя, которое обра­зуется при сгорании горючего газа в струе кислорода. В качестве горючих газов используется главным образом ацетилен, а также водород и другие газы. Ацетилен (С2Н2) получают из карбида кальция (СаС2) при действии на него водой в специальных аппаратах — ацетиленовых генера­торах.

Реакция протекает очень бурно по формуле: СаС2+2Н20->С2Н2 f +Са(ОН)2.

Сварочное пламя может быть различным по своему сос­таву и температуре. Нормальное ацетилено-кислородноз пламя (С2Н2 : 02=1 : 1) является восстановительным. Оно применяется для сварки стали и цветных металлов. Пламя с избытком ацетилена является науглероживающим и при­меняется при сварке чугуна, чтобы пополнить выгорающий углерод. Окислительное пламя (с избытком кислорода) применяется при сварке латуни для получения окисной пленки, уменьшающей испарение цинка.

Среди генераторов наиболее распространенным являет­ся генератор, работающий по схеме «вода на карбид» (рис.

40). Корпус 1 генератора заполняется водой, на ко­торой плавает колокол 2, определяющий своим весом давление газа.

Кислород и горючие газы хранятся в стальных баллонах. Кислород под давлением до 150 атм, аце­тилен — под давлением до 16 атм. Каждый баллон имеет редуктор, через ко­торый и производится вы­пуск газа.

Кстати сказать, газовую сварку часто производят не на постоянных рабочих местах предприятия, а на его территории, в жилых домах, на улицах и других местах. Там же по окончании работы сварщики нередко оставляют баллоны и аппаратуру. Предупреждаем: ника­кие шалости и игры с этим оборудованием недопустимы, так как они могут окончиться трагически, причем прежде Всего для самих шалунов.

Необходимо твердо запомнить, что смесь горючего газа с кислородом является взрывоопасной, поэтому требова­ния техники безопасности предписывают хранить газы толь­ко в определенных баллонах. Во избежание ошибки баллоны для различных газов окрашивают в различные цвета: кис­лородные — в голубой, ацетиленовые — в белый, для дру­гих горючих газов — в красный, а для инертных газов — в черный. Перекрашивание баллонов недопустимо, так как может привести к ошибке — заполнению их другими га­зами и образованию взрывоопасных смесей. Необходимо также запомнить, что попадание даже небольшого коли­чества масла на редуктор кислородного баллона приводит к взрыву баллона, а это равносильно взрыву крупной бом­бы. Поэтому ни в коем случае нельзя смазывать маслом никакие детали редуктора и баллона.

Опасно также механическое повреждение баллонов, поэ­тому недопустимо ударять по ним молотком, зубилом, кам­
нями. Повреждение может привести к такому ослаблению корпуса, что он не выдержит огромного давления и разор­вется. Никакие шалости и «опыты» G баллонами, аппарату­рой и шлангами недопустимы!

Карбид кальция хранится в стальных бочках. Их вскры­вают специальными приспособлениями, чтобы случайно не высечь искру, так как это приведет к взрыву газовой смеси ацетилена с воздухом (кислородом). Поэтому совершенно недопустимо пытаться открывать бочки с карбидом, бро­сать в них железные болванки или камни. Искра приведет к взрыву!

Перед сваркой деталей свариваемые поверхности необ­ходимо очистить от грязи, окислов, масла и, если нужно,— скосить кромки (рис. 41). При сварке горелку продвигают вдоль шва.

Присадочный металл в виде прутков или проволоки вносят в пламя горелки. Он расплавляется и смешивается с основным металлом. После затвердевания металл обра­зует сварной шов (рис. 41). Для сварки с углеродистой сталью присадочным металлом служит малоуглеродистая стальная проволока, а для легированной стали — прово­лока, содержащая легирующие элементы.

При сварке цветных металлов и сплавов применяют проволоку, по своему составу близкую к основному ме­таллу. Диаметр присадочной проволоки берется на 1—2 мм Больше половины толщины свариваемых листов.

Газовая сварка применяется главным образом для сое­динения тонкостенных стальных деталей, а также деталей из цветных металлов и сплавов.

Сварка чугуна применяется с целью ремонта, а также как средство исправления пороков литья. При этом сва­риваемые части обычно подогревают до 400—600°С, чтобы предупредить возникновение трещин вблизи сварочного шва, как результат усадки нагретой части сваренного из­делия. Как присадочный металл применяют чугунные ли­тые стержни диаметром 6—12 мм с повышенным содержа­нием углерода и кремния.

Электрическая дуговая сварка по распространению за­нимает первое место среди других видов сварки. Она при­менима к изделиям любых размеров и поддается механи­зации. Автором электродуговой сварки с металлическим электродом является русский горный инженер Н. Г. Сла-

Вянов(1888), и теперь эта сварка чрезвычайно широко при­меняется для получения неразъемных соединений при изготовлении подвижного состава железнодорожного и вод­ного транспорта, котлов, подъемно-транспортных соору­жений, емкостей для жидкостей и газов, на строительстве зданий, мостов, машин и механизмов. По способу Славя - нова используется металлический электрод в виде мягкой стальной проволоки диаметром 1-МО мм. Для сварки леги­рованной стали применяют проволоку из легированной ста­ли. При ручной дуговой сварке по способу Славянова поль­зуются почти исключительно электродами, обмазанными с поверхности специальным составом. Такое покрытие сос­тоит из мела с жидким стеклом и служит для повышения устойчивости горения дуги. Толстые покрытия обеспечивают не только устойчивость дуги, но и создают газовую защит­
ную атмосферу, защищающую металл ванночки от окисле­ния, замедляющую охлаждение и повышающую плотность шва. При сварке электродами без обмазки (голыми) и тон­копокрытыми электродами швы обладают пониженными ка­чествами. Для получения качественных швов необходимо брать и качественные электроды с обмазкой.

Дуговую сварку можно вести на постоянном и перемен­ном токе. Для питания дуги постоянным током применяют генераторы. Для сварки переменным током используют сетевой ток стандартного напряжения (127, 220, 380 вольт), который пропускают через сварочный аппарат, состоящий из понижающего трансформатора и регулятора тока.

Лучи вольтовой дуги, образующейся при сварке, очень опасны для глаз. Длительное наблюдение за работой эле­ктросварщика вызовет заболевание глаз — электроофталь­мию и может даже привести к слепоте. Причем особая опас­ность заключается в том, что наблюдающий первоначально никаких неприятных ощущений не испытывает. Только через несколько часов, чаще всего ночью, когда тот, кто наблюдал за работой сварщика, уже и думать забыл об этом, у него начнется сильная боль в глазах (как будто в них попал пе­сок), которая и после оказания врачебной помощи, даже в лучшем случае и при благоприятном течении болезни, на длительный срок сделает неосторожного наблюдателя нетрудоспособным. Сам электросварщик защищает от лу­чей дуги глаза и лицо специальным щитком с очень плот­ным (темным) светофильтром. Синие стекла, которыми поль­зуются газосварщики, от лучей вольтовой дуги не защи­щают.

Электрическая контактная сварка была изобретена рус­ским изобретателем Н. Н. Бенардосом в 1882 году. При этом виде сварки для нагрева свариваемых частей исполь­зуется теплота, которая выделяется при прохождении тока через место сварки (контакт).

Количество выделяющегося при этом тепла опреде­ляется по закону Джоуля-Ленца:

Q=0,24-I*-R-ty

Где: Q — количество выделяющегося тепла в килокалориях, I — сила тока в амперах,

R — сопротивление контакта в месте сварки в омах, T — время прохождения тока в секундах.

5 Инженер начинается в школе

После достижения температуры сварки свариваемые части сдавливают, они при этом сплавляются.

Существует три вида контактной сварки: стыковая, то­чечная и шовная.

Для стыковой сварки соединяемые части зажимают в клеммах — электродах сварочной машины и пропускают через них ток большой силы, который индуктируется во вторичной обмотке трансформатора. При этом в месте кон­такта частей, вследствие повышенного сопротивления, вы­деляется большое количество тепла и происходит разогрев их до сварочного жара. Разогретые части сдавливают, и в месте их контакта происходит сварка. Стыковой сваркой можно соединить изделия любой формы и различных сече­ний: круглой, квадратной,

Фасонной (рельсы, уголки, трубы). Однако форма и сечение каждой пары сва­риваемых частей должны быть одинаковыми.

При точечной сварке свариваемые части зажи­маются между электрода­ми, по которым пропуска­ется ток большой силы от вторичной обмотки специ­ального трансформатора. Место контакта сваривае­мых частей, имея большое сопротивление, разогрева­ется до сварочного жара, и под давлением электрода происходит диффузия и сварка металла в этом ме­сте. Точечная сварка лег­ко поддается автоматиза­ции и широко применяется в различных областях ма­шиностроения и приборо­строения.

Заслуженное внимание уделяют ей и юные тех­ники. На рисунке 42 по­
казан аппарат для точечной сварки, сконструирован­ный и изготовленный в средней школе № 1 города Лю­берцы, Московской области под руководством учителя труда Н. И. Шевченко. Электрическая часть аппарата пред­ставляет собой трансформатор, изготовленный из Ш-образ - ного железа с поперечным сечением сердечника 42 см2. Первичная обмотка имеет 180 витков медного провода сече­нием 5 мм2, а вторичная — 4,5 витка многожильного про­вода сечением 180 мм2. Напряжение в первичной обмотке 220 вольт, во вторичной — 5 вольт. Ток первичной обмот­ки — 30 ампер. Один конец вторичной обмотки присоеди­нен медной шиной к корпусу с рычагом, а второй через съемную медную планку, расположенную на наружной сто­роне передней стенки трансформатора, соединен кабелем се­чением 150 мм2 с подвижным стержнем, на конце которого закреплен нижний электрод. Включение аппарата произво­дится пакетным выключателем ПВР-50 (220 вольт, 50 ам­пер), расположенным на передней стенке корпуса. Толщина свариваемых изделий до 5 миллиметров (сумме двух плас­тин). При необходимости сваривания тонких, до одного миллиметра, пластин силу тока можно регулировать под­бором сопротивления, устанавливаемого взамен медной планки.

Аппарат смонтирован на стойке-трубе, приваренной к основанию и дополнительно укрепленной косынками. Транс­форматор установлен на верхнем конце стойки на швелле­рах и закрыт кожухом. Сближение электродов и зажим свариваемых деталей производятся при помощи ножной пе­дали, которая тягой соединена с нижним поворотным ры­чагом. От корпуса он изолирован пластинками и втулками из диэлектрического материала. В исходное положение педаль возвращает спиральная пружина растяжения.

Электроды медные пустотелые. Они оканчиваются шту­церами, на которые надеты шланги водяного охлаждения: подводящий идет от водопровода, отводящий — в кана­лизацию. Во избежание утечки воды между стержнями с контактами и штуцерами установлены свинцовые про­кладки.

Задание №11. По рисунку 50 и описанию сконст­руировать и изготовить сварочный аппарат для своей школы.

Шовная сварка применяется для соединения тонких листов низкоуглеродистой стали, нержавеющей хромони - келевой стали, латуни, бронзы и алюминиевых сплавов. Производится она на шовной машине. Шовная сварка нужна при изготовлении всевозможных баков, труб и со­судов, работающих под давлением, и других герметичных изделий из тонких металлических листов.