Глава 28. Специальные

Термические процессы

В сварочном производстве

К сварочным процессам помимо процессов соединения относят также термическую резку, наплавку, напыление и ряд других методов обработки материалов.

Резка

Термическая резка базируется на использовании широкого круга источ­ников теплоты. К ним относятся газовое пламя, плазменная дуга, электрон­ный и лазерный луч. Она позволяет разрезать металлы и сплавы самых раз­ных толщин (от десятков миллиметров до долей миллиметра), любого хими­ческого состава, обеспечивать достаточно высокую точность и чистоту реза. Причем возможно осуществлять непрерывный процесс резки, прошивать отверстия в заготовках, производить поверхностную резку (снятие слоя ме­талла с заготовки).

Кислородная резка основана на нагреве металла в зоне реза кислород­но-ацетиленовым пламенем (вместо ацетилена может использоваться и дру­гое горючее, например пропан) до температуры его воспламенения. За счет экзотермической реакции окисления металла участок реза дополнительно

нагревается и расплавляется, а оксиды удаляются кинетической струей ре­жущего кислорода. Горелка для резки имеет два канала: кольцевой для пода­чи смеси С₂Н₂ + 0₂ и формирования подогревавшего пламени и центральный для подачи в него чистого кислорода, струя которого и удаляет оксиды из полос­ти реза. Чем больше толщина разрезаемого металла, тем меньшая роль в те­пловом балансе принадлежит подогревающему пламени. Основная часть тепловой энергии поступает от реакции окисления металла.

Существует несколько обязательных условий протекания нормального процесса резки.

1. Источник теплоты должен обеспечить требуемую температуру для начала реакции сгорания металла, так же как и теплота, выделяемая при сго­рании, должна быть достаточной, чтобы поддерживать непрерывный про­цесс резки.

2. Температура плавления металла не может быть ниже температуры его горения в кислороде.

3. Температура плавления оксидов, образующихся в процессе резки, не должна быть выше температуры плавления разрезаемого металла.

4. Оксиды и шлаки должны иметь хорошую текучесть, чтобы свободно удаляться из полости реза.

В случае несоблюдения дан­ных условий резка существенно затрудняется, а в обычном вари­анте кислородной резки становит­ся практически невозможной.

Рис. 28.1. Плазматрон для резки: / — электрод (катод); 2 — изолятор; 3 — фор­мирующий наконечник; 4 — столб дуги; 5 — дуговая камера; б — разрезаемый металл; 7 — устройство зажигания дуги; 8 — источниктока; 9 — корпус; 10 — подача рабочего газа; 11 — по­дача охлаждающей воды; 12 — слив воды

Кислородно-флюсовая резка. Высоколегированные хромистые, хромоникелевые стали, чугун, цвет­ные металлы разрезать обычной кислородной резкой не удается — в основном из-за образования оксидов в зоне реза, которые зашлаковывают рез, препятствуя нормальному про­цессу резки. При кислородно-флюсовой резке в зону реза вместе с режущим кислородом вводят по­рошкообразные флюсы. Их назна­чение — увеличить тепловыделе­ние, образовать более легкоплавкие шлаки, легко удаляемые струей ре­жущего кислорода. Для резки ста­лей применяют в качестве такого флюса порошок железа.

Плазменная резка. Для резки металлов применяют плазматрон (рис. 28.1). Дуга может быть прямого действия, когда она возбуждается на обраба­тываемом металле, и косвенного. В последнем случае вторым электродом служит сопло плазматрона. Из сопла выдувается свободная струя плазмы.

Процесс резки заключается в проплавлении металла и удалении жидко­го металла из полости реза плазменной струей. В качестве плазмообразую-щих газов могут быть использованы сжатый воздух, кислород, азотно-кисло-родная смесь, азот, аргоноводородная смесь. Выбор плазмообразующего газа определяется физико-химическими свойствами разрезаемого металла, необходимым качеством реза, стойкостью плазматрона, стоимостью самих газов. Например, дорогую аргоноводородную смесь применяют в случае по­вышенного требования к качеству резания алюминия, меди и сплавов на их основе.

Электронно-лучевая и лазерная резка. Эти процессы основаны на ис­парении металла под воздействием мощного, концентрированного источника нагрева. Электронно-лучевая резка осуществляется в вакууме, в то время как резка лазером может происходить в обычной атмосфере. Резка этими мето­дами отличается высокой чистотой и точностью реза, небольшой зоной тер­мического влияния на кромках разрезаемого материала. Однако установки для электронно-лучевой и лазерной резки имеют повышенную сложность и стоимость.

28.2. Наплавка

Наплавка — это процесс нанесения слоя металла или сплава на поверх­ность изделия. Она позволяет получать детали с поверхностью, отличаю­щейся от основного металла, например жаропрочностью и жаростойкостью, высокой износостойкостью при нормальных и повышенных температурах, коррозионностойкостью и т. п. Наплавка может производиться как при изго­товлении новых деталей, так и (особенно широко) в ремонтно-восстановительных работах, существенно удлиняя срок эксплуатации дета­лей и узлов, обеспечивая этим высокий экономический эффект.

Существуют разнообразные способы наплавки. Основные из них сле­дующие.

1. Ручная дуговая электродами со стержнями и покрытиями специаль­
ных составов.

2. Автоматическая наплавка под флюсом. Электроды могут быть
сплошного сечения и порошковые. Состав флюса, металл электрода и состав
наполнителя (для порошковой проволоки) определяют свойства наплавлен­
ного слоя.

3. Наплавка плавящимся и неплавящимся электродами в среде защит­ных газов, прежде всего аргона. Свойства наплавленного слоя здесь зависят от материала присадки (при наплавке неплавящимся, например вольфрамо­вым, электродом) или электрода (при наплавке плавящимся электродом).

4. Плазменная наплавка. Дуга может быть как прямого, так и косвенного действия. Наплавляемый материал подают в виде проволоки, порошка. Можно плазменной струей оплавлять слой легированного порошка, предва­рительно нанесенный на поверхность детали.

5. Электрошлаковая наплавка. Схема такого процесса наплавки анало­гична схеме электрошлаковой сварки, однако формирование шва осуществ­ляют по заданной поверхности плоской или цилиндрической детали.

6. Электронно-лучевая и лазерная наплавка, наплавка полым электродом в вакууме. Эти методы наплавки используют особые свойства источников теплоты — высокую концентрацию тепловой энергии, возможность локаль­ного нагрева в условиях качественной защиты металла (электронно-лучевая наплавка н наплавка полым катодом в вакууме).

7. Наплавка газокислородным-пламенем. Как и при сварке, процесс наплав­ки этим методом характеризуется большой зоной влияния и деформациями.

Существенным показателем эффективности того или иного способа на­плавки является степень перемешивания при наплавке основного металла и присадочного: чем она меньше, тем ближе будут свойства наплавленного слоя к заданному.