Плавка чугуна в доменной печи и электропечи

Литейным производством называется технологический процесс изготовления металлических заготовок (отливок) путем заливки жидкого металла в специально приготовленные формы. Форма заполняется металлом через систему каналов, называемую литниковой системой. При этом наружные очертания отливки определяются полостью формы, а внутренние образуются фасонными вставками, называемыми стержнями,

Технологическая схема:

1. Изготовление моделей и стержневых ящиков.

2. Приготовление формовочных и стержневых смесей

3. Изготовление форм и стержней

4. Сборка форм

5. Получение литейного сплава

6. Заливка форм

7. Выбивка отливок из форм

8. Очистка и обрубка отливок.

Литье в разовые песчаные формы. Особенности процесса, оборудование, достоинства и недостатки, область применения.

Сущность способа заключается в заливке расплава в песчаную форму, полость которой имеет конфигурацию отливки; затвердевший и охлажденный металл или сплав сохраняет конфигурацию этой полости.

Приспособления, применяемые для изготовления отливок, называют литейной оснасткой. Часть литейной оснастки, состоящая из технологических приспособлений, необходимых для получения в форме контуров отливки, представляет собой модельный комплект. Чтобы провести формовку, необходимо иметь опоки, плиты, штыри, шаблоны, что совместно с модельным комплектом составляет формовочный комплект.

Недостатки:

1. Низкая точность

2. Грубая поверхность

3. Невыгодный способ, всвязи с большим количеством снимаемого металла.

Формы и стержни изготавливаются из специальных смесей, называемых соответственно формовочными и стержневыми. Основой этих смесей служат кварцевые пески. Кроме того, в них входит глина и специальные добавки (например, углесодержащие добавки для формовочных смесей, связующие материалы для стержней и др.). Песок в формовочных смесях повышает газопроницаемость, а глина обеспечивает связь между частицами песка (повышает прочность) и увеличивает термохимическую устойчивость. Специальные добавки вводятся для повышения противопригарности или для предотвращения прилипания смесей. В качестве противопригарных добавок применяются молотый каменный уголь, мазут, битум (угольный порошок при соприкосновении с расплавленным металлом подвергается сухой перегонке, образующиеся при этом газы предохраняют материал формы от перегрева и оплавления).

В состав формовочных смесей, как и стержневых, кроме исходных свежих материалов, вводится бывшая в употреблении горелая (оборотная) формовочная смесь.

Соотношение компонентов в смесях должно соответствовать характеру и типу отливок и способу формовки.

Формовочный песок состоит из зерен кварца различной величины, глины и небольшого количества различных окислов. В зависимости от состава формовочные пески по ГОСТ 2138--56 подразделяются на несколько классов. Для повышения прочности и увеличения пластичности формовочных смесей в их состав вводится глина. Формовочные глины представляют собой горные породы, состоящие в основном из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов, обладающих связующей способностью во влажном или сухом состоянии и достаточной термохимической устойчивостью.

Существует несколько способов формовки: 1) формовка в почве; 2) формовка в опоках; 3) безопочная формовка; 4) формовка в стержнях.

Формовка может производиться вручную и на специальных формовочных машинах.

Литниковая система должна обеспечить подвод металла в форму с определенной скоростью, без завихрений и ударов, при полном отделении шлаков и других включений. В связи с этим предъявляются определенные требования ко всем элементам литниковой системы.

Литниковая чаша во время заливки должна быть наполнена металлом, что предохраняет от попадания шлака в форму. При заливке ответственных отливок в воронке устанавливается фильтрующая сетка, а выходное отверстие закрывается пробкой,вынимающейся после наполнения чаши.. Для лучшего отделения шлака от металла в литниковую систему включаютшлакоуловитель -- канал, замедляющий течение струи металла и изменяющий ее направление. Непосредственный подвод металла в форму производится питателем,направление которого должно исключать или сводить до минимума размывающее действие струи металла на материал формы.

Выпор. Выпор соединяет полость формы с атмосферой и служит для отвода газов из формы при заполнении ее металлом, удаления шлака и частично для питания жидким металлом кристаллизующейся отливки. Многие сплавы (особенно сталь) дают большую усадку, поэтому вместо выпоров ставят массивныеприбыли, предназначенные для питания отливки жидким металлом в процессе затвердевания (для предотвращения усадочных раковин).

Задержание шлаков в шлакоуловителе возможно только при заполнении металлом всей литниковой системы. Для этого необходимо, чтобы сумма сечений всех питателей была меньше сечения литника. Кроме этого, литниковая система, заполненная металлом во время всего периода заливки, не захватывает воздуха из атмосферы и газов из формы, что улучшает качество отливки.

Внешние контуры отливок должны представлять собой сочетание простых геометрических тел с преобладанием плоских прямолинейных поверхностей с плавными переходами

При проектировании отливок стремятся к уменьшению габаритных размеров и особенно высоты литой детали. Это облегчает изготовлениемодельного комплекта, а также процессы формовки, сборки форм и очистки отливок. При этом отливка должна иметь один плоский разъем и располагаться по возможности в одной полуформе.

Контуры литых деталей должны обеспечивать формовку без дополнительных стержней (отсутствие поднутрений). На рисунке 1, позиции а, показана конструкция отливки, при формовке которой требуется три стержня. При изменении конструкции детали (рисунок 1, позиция б) требуется только один стержень, процесс формовки упростился.

Рисунок 1 -- Конструкция отливки

а -- нетехнологичная; б -- технологичная

Необрабатываемые поверхности, перпендикулярные к плоскости разъема, должны иметь конструктивные уклоны. Бобышки, приливы и другие выступающие части необходимо конструировать так, чтобы не затруднять извлечение модели из формы (рисунок 2). При изготовлении нетехнологичных отливок требуется применение в моделях отъемных частей или стержней, что усложняет процесс формовки.

а, б -- нетехнологичные; в, г -- технологичные

Внутренние полости сложных отливок необходимо изготавливать с минимальным числом стержней.

Рисунок 3 -- Конструкция отливки

а -- нетехнологичная; б -- технологичная

В конструкции должно быть достаточное число окон для прочного крепления стержней в форме, удаления газов из стержня и удобства выбивки стержней из отливки. Также в конструкции детали следует избегать пазов и узких полостей, при выполнении которых возможно образование песчаных раковин, из-за разрушения стержней потоком расплавленного металла

Рисунок 4 -- Устранение пазов в конструкции отливки

Минимальные диаметры отверстий в отливках выбираются в зависимости от материала и толщины стенки.

Изготовление отливок из чугуна. Примерно 75% (по массе) всех изготавливаемых в машиностроении отливок получают из чугуна. Этому способствует самая низкая среди всех литейных сплавов стоимость чугуна, его сравнительно высокая прочность и хорошие литейные свойства.

Серый чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления отливок. Он имеет высокую жидкотекучесть, позволяющую получать отливки с толщиной стенки 3...4 мм, малую усадку (0,9...1,3 %), обеспечивающую получение отливок без усадочных раковин, пористости и трещин. Преобладающее количество отливок из серого чугуна изготавливают в песчаных формах, как правило, без применения прибылей. Отливки типа тел вращения (трубы, гильзы, втулки и др.) изготавливают центробежным литьем.

При увеличении толщины стенок от 15 до 150 мм прочность и твердость чугуна уменьшается почти в 2 раза. Понижение прочности отливок с увеличением их массы объясняется снижением скорости охлаждения при их изготовлении. В результате образуется более грубая структура, в которой размеры графитных пластин больше, чем в структуре тонкостенных отливок.

Высокопрочный чугун по механическим и литейным свойствам приближается к сталям, но дешевле их на 25 %. Жидкотекучесть высокопрочного чугуна такая же, как и у серого чугуна, что позволяет получать отливки сложной конфигурации с толщиной стенок 3...4 мм. Литейная усадка высокопрочного чугуна составляет 1,25...1,7 %, что затрудняет изготовление заготовок без усадочных дефектов.

Отливки из высокопрочного чугуна преимущественно изготавливают в песчаных формах, литьем в кокиль и центробежным литьем. Так как этот сплав имеет большую усадку необходимо создавать условия для направленного затвердевания отливок и применения прибылей, которые позволяют предупреждать образование усадочных раковин и пористости в массивных частях.

Ковкий чугун обладает хорошими механическими свойствами, высокой износостойкостью и сопротивлением ударным нагрузкам, хорошо обрабатывается резанием. Одной из особенностей получения отливок из ковкого чугуна является то, что исходный расплав - белый чугун - имеет пониженную жидкотекучесть. Усадка белого чугуна значительно больше, чем серого, поэтому в отливках образуется больше усадочных раковин, пористости и трещин. Кроме того, процесс изготовления отливок из ковкого чугуна длителен и энергоемок, поэтому только 5 % чугунных отливок производят из этого чугуна. Во многих случаях получение изделий из высокопрочных чугунов является более экономичным.

Изготовление отливок из стали. Из стали производят около 21% всех оливок по массе. Литейные стали имеют пониженную жидкотекучесть, высокую усадку (до 2,5 %), склонны к образованию трещин. В связи с низкими литейными свойствами и необходимостью применения массивных прибылей расход металла для получения стальной отливки увеличивается примерно в 1,6 раза по сравнению с чугунной.

Стальные отливки преимущественно изготавливают в песчаных, оболочковых формах и в облицованных кокилях, а также литьем по выплавляемым моделям и центробежным литьем. Для получения изделий с хорошими механическими свойствами и снятия внутренних напряжений отливки подвергают термической обработке.

Изготовление отливок из цветных сплавов. Отливки из цветных сплавов составляют по массе примерно 4% всех изделий в литейном производстве. Наиболее распространенные сплавы на основе меди ? бронзы и латуни.

Бронзы имеют хорошую жидкотекучесть и высокую усадку. Оловянистые бронзы склонны к образованию усадочной пористости, а безоловянистые ? к образованию сосредоточенных усадочных раковин.

Латуни имеют удовлетворительную жидкотекучесть, высокую усадку, что обуславливает образование усадочных раковин и пористости.

Все медные сплавы склонны к образованию трещин. Отливки из этих сплавов изготавливают литьем в песчаные и оболочковые формы, а также литьем в кокиль и центробежным литьем.

Алюминиевые сплавы. Большинство алюминиевых сплавов имеют низкую жидкотекучесть, повышенную усадку, склонность к образованию трещин и газовой пористости. Однако силумины АК12, АК7, АК9 ( сплавы системы Al-Si-Mg) обладают высокой жидкотекучестью, малой усадкой (0,8…1,1 %). Они не склонны к образованию горячих и холодных трещин, так как по химическому составу близки к эвтектическим сплавам.

Отливки из алюминиевых сплавов преимущественно изготавливают литьем в кокиль, под давлением и в песчаные формы. Получение плотных отливок обуславливается установкой массивных прибылей. Для уменьшения напряжений в отливках кокили перед заливкой подогревают до температуры 250...300 ^оС, а при очень сложной конструкции отливок ? до 400...500 ^оС.

Магниевые сплавы. Наиболее широкое применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn. Для сплавов этой системы характерен более широкий, чем у алюминиевых сплавов, интервал кристаллизации. В результате они обладают пониженной жидкотекучестью, высокой усадочной пористостью и склонностью к образованию горячих трещин. Наилучшее сочетание литейных и механических свойств имеют сплавы МЛ5 и МЛ6, содержащие 7,5...10 % Al.

Кроме того, магниевые сплавы хорошо растворяют кислород, склонны к самовозгоранию при плавке и заливке литейных форм. Во избежание загорания плавку этих сплавов проводят под слоем флюсов из хлористых и фтористых солей щелочных и щелочноземельных металлов или в среде защитных газов. При заливке форм струю расплавленного металла припыливают порошком серы. Образующийся при ее сгорании сернистый газ предотвращает загорание расплава.

Отливки из магниевых сплавов изготавливают литьем в песчаные формы, в кокиль, литьем под давлением и другими способами. При изготовлении отливок в кокилях основная трудность - это борьба с горячими трещинами.

В последние годы в литейном производстве всё более широкое применение получают специальные способы литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьём в разовые песчано-глинистые формы. Удельный вес отливок, получаемых этими способами, постоянно увеличивается.

К специальным способам литья относятся литьё в постоянные металлические формы, литьё по выплавляемым моделям, литьё в оболочковые формы, центробежное литьё, литьё под давлением и др.

Основным преимуществом этих способов литья является возможность получать более точные и с лучшей поверхностью отливки, уменьшить потери от брака, сократить расход металла и трудоёмкость механической обработки, а также улучшить санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда.

Литье в оболочковые формы -- процесс получения отливок из расплавленного металла в формы, изготовленные по горячей модельной оснастке из специальной смеси с термореактивными связующими материалами. Формовочную смесь приготовляют из мелкозернистого кварцевого или цирконового песков перемешиванием с термореактивными связующими материалами.

При сборке форм полуформы склеивают специальным клеем на прессах, что обеспечивает высокую прочность шва.

Заливка форм производится в вертикальном или горизонтальном положении оболочки. При заливке форм 6 в вертикальном положении их помещают в опоку 7 и засыпают чугунной дробью 8 для предохранения от преждевременного разрушения (рис. д). Выбивка отливок производится на вибрационных решетках или на специальных выбивных установках. При очистке отливок удаляют заусенцы, зачищают на наждачных станках места подвода питателей и подвергают дробеструйной обработке. В промышленности внедрены многопозиционные автоматические машины и автоматические линии для изготовления оболочковых форм и стержней. Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую точность отливок, малую шероховатость поверхности, снижает расход формовочных материалов и объем механической обработки, является высокопроизводительным процессом. В оболочковых формах изготовляют отливки массой 0,2--50 кг и толщиной стенки 3--15 мм из всех литейных сплавов для приборов, автомобилей, тракторов, металлообрабатывающих станков и др.

В последние годы в литейном производстве всё более широкое применение получают специальные способы литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьём в разовые песчано-глинистые формы. Удельный вес отливок, получаемых этими способами, постоянно увеличивается.

К специальным способам литья относятся литьё в постоянные металлические формы, литьё по выплавляемым моделям, литьё в оболочковые формы, центробежное литьё, литьё под давлением и др.

Основным преимуществом этих способов литья является возможность получать более точные и с лучшей поверхностью отливки, уменьшить потери от брака, сократить расход металла и трудоёмкость механической обработки, а также улучшить санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда.

Литье по выплавляемым моделям -- процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, не требующих разъема, так как рабочая полость образуется благодаря удалению (вытеканию) легкоплавкого материала модели при ее предварительном нагревании. Выплавляемые модели изготовляют из модельных составов, состоящих из двух и более компонентов. Для изготовления модельных составов широко используют модельный состав, содержащий парафин, буроугольный воск и кубовый остаток.

Выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах, состоящих из двух и более частей, с вертикальным или горизонтальным разъемами. Для извлечения моделей в конструкции пресс-форм предусматривают специальные толкатели.

Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают (рис. 2.8, а) в пресс-формы. После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в блоки (рис. 2.8, 6} с общей литниковой Системой припаиванием, приклеиванием или механическим скреплением частей. Формы по выплавляемым моделям изготовляют многократным погружением разовой модели в специальную жидкую огнеупорную смесь (рис. 2.8, в), с последующей обсыпкой кварцевым песком (рис. 2.8, г) и отвердением на воздухе.

Заливку форм по выплавляемым моделям производят сразу же после прокалки в нагретом состоянии. Заливка может быть свободной, под действием центробежных сил, в вакууме и т. д.

В последние годы в литейном производстве всё более широкое применение получают специальные способы литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьём в разовые песчано-глинистые формы. Удельный вес отливок, получаемых этими способами, постоянно увеличивается.

К специальным способам литья относятся литьё в постоянные металлические формы, литьё по выплавляемым моделям, литьё в оболочковые формы, центробежное литьё, литьё под давлением и др.

Основным преимуществом этих способов литья является возможность получать более точные и с лучшей поверхностью отливки, уменьшить потери от брака, сократить расход металла и трудоёмкость механической обработки, а также улучшить санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда.

Литье в металлические формы (кокильное литье). Особенности процесса, оборудование, достоинства и недостатки; область применения.

Изготовление отливок в металлических формах осуществляется различными способами. Наибольшее распространение получили литье в кокиль, под давлением и центробежное.

Литье в кокиль -- изготовление отливок из расплавленного металла в металлических формах-кокилях. Формирование отливки происходит при интенсивном отводе теплоты от расплавленного металла, от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивному металлическому кокилю.

Рабочую поверхность кокиля с вертикальной плоскостью разъема, состоящей из поддона 1, двух симметричных полуформ 2 и 3 и металлического стержня 4, предварительно нагретую до температуры 150--180°С, покрывают из пульверизатора 5 слоем огнеупорного покрытия (рис. а)'толщиной 0,3--0,8 мм. Огнеупорные покрытия защищают рабочую поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют регулировать скорость охлаждения отливки, обеспечивая высокое качество. Покрытия выполняют из огнеупорных материалов (кварцевой муки, талька, мела, графита и др.), связующего материала (жидкого стекла) и воды. Затем с помощью манипулятора устанавливают песчаный стержень 6 (рис., б), с помощью которого выполняют в отливке расширяющуюся полость. Половинки кокиля соединяют и заливают расплав (рис. в). После затвердевания отливки 7 (рис.г) и охлаждения ее до температуры выбивки кокиль раскрывают (рис. д) и протягивают вниз металлический стержень 4. Отливка 7 (рис. е) манипулятором удаляется из кокиля.

Основные элементы кокиля -- полуформы, поддоны, стержни и т. д. -- обычно изготовляют из серого и высокопрочного чугунов, стали и алюминиевых сплавов литьем, механической обработкой и т. д.

Отливки простой конфигурации изготовляют в неразъемных кокилях. Несложные отливки с небольшими выступами и впадинами на наружных поверхностях изготовляют в кокилях с вертикальным разъемом. При изготовлении крупных, простых по конфигурации отливок используют кокили с горизонтальными разъемами.

Литье в кокиль позволяет сократить, а во многих случаях полностью избежать расхода формовочных и стержневых смесей, трудоемких операций формовки и выбивки форм, повысить точность размеров отливок и уменьшить шероховатость поверхности, снизить в 2 раза объем механической обработки отливок. Литьем в кокиль получают разнообразные отливки с толщиной стенок 3 -100 мм и массой 0,1--500 кг. Этим способом отливают корпуса приборов, детали двигателей внутреннего сгорания и другие детали из чугуна, стали и сплавов цветных металлов для всех отраслей промышленности.

Недостатки: Податливость( форма не даёт возможность усадки отливки)

В последние годы в литейном производстве всё более широкое применение получают специальные способы литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьём в разовые песчано-глинистые формы. Удельный вес отливок, получаемых этими способами, постоянно увеличивается.

К специальным способам литья относятся литьё в постоянные металлические формы, литьё по выплавляемым моделям, литьё в оболочковые формы, центробежное литьё, литьё под давлением и др.

Основным преимуществом этих способов литья является возможность получать более точные и с лучшей поверхностью отливки, уменьшить потери от брака, сократить расход металла и трудоёмкость механической обработки, а также улучшить санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда.

Литье под давлением -- процесс получения отливок в металлических формах (пресс-формах), при котором заливка расплавленного металла в форму и формирование отливки осуществляется под давлением при интенсивном отводе теплоты от залитого металла, затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивной металлической пресс-форме. Отливку изготовляют на специальных машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования.

При изготовлении отливок намашинах с холодной горизонтальной камерой прессования порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования. Пресс-форма состоит из подвижной и неподвижной полуформ; в пресс-форму металл подается под действием плунжера. Полости в отливке получают металлическим стержнем. После затвердевания пресс-форма раскрывается, и отливка удаляется из полости выталкивателями . Машины с холодной камерой прессования применяют для изготовления отливок массой до 45 кг. Давление плунжера на расплавленный металл составляет 50--100 МПа и более.

На машинах с горячей камерой прессования камера прессования расположена в обогреваемом тигле с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера через отверстие сплав заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстия перекрываются, сплав под давлением 10--30 МПа заполняет полость пресс-формы. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного металла из канала сливаются в камеру прессования, а отливка удаляется из пресс-формы выталкивателями. Такие машины используют при изготовлении отливок из цинковых, алюминиевых и других сплавов массой от нескольких граммов до 25 кг.

Литье под давлением является высокомеханизированным и автоматизированным процессом.

Центробежное литье -- процесс получения отливок из расплавленного металла во вращающихся формах. Формирование отливки осуществляется в поле действия центробежных сил, что измельчает их структуру, очищает расплав от неметаллических включений, повышает механические свойства и герметичность отливок.Центробежным литьем изготовляют отливки на специальных машинах с горизонтальной или вертикальной осями вращения.

В машинах с горизонтальной осью вращения (рис.а) расплавленный металл из ковша 1 заливают по специальному желобу 2 во вращающуюся форму 3 с частотой вращения 200--1400 мин^-1. Попадая на внутренние стенки формы, жидкий металл образует полую цилиндрическую отливку 4, которую после затвердевания извлекают из формы. На таких машинах получают детали и заготовки типа труб, втулок, гильз.

На машинах с вертикальной осью вращения (рис. б) расплавленный металл из ковша / заливают во вращающуюся форму 2 с частотой вращения 160-- 500 мин^-1. Растекаясь по дну изложницы, металл увлекается центробежными силами и прижимается к боковой цилиндрической стенке, образуя вокруг нее кольцевой слой 3. Форма вращается до полного затвердевания металла, после чего форму останавливают и из нее извлекают отливку. На таких машинах получают отливки небольшой высоты, но большого диаметра: кольца, венцы зубчатых колес.

См в тетради

Свариваемостью называют свойство различных материалов образовывать надежные и экономичные сварные соединения. Свариваемость определяется технологическими свойствами материалов, способом и режимом сварки, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия. Для разных материалов показатели свариваемости меняются, но главное в них постоянно - это возможность получения при обычной технологии прочного сварного соединения. Оценку свариваемости проводят, сравнивая свойства металла шва и околошовной зоны с основным металлом. Кроме того, выявляют склонность материалов к образованию сварочных дефектов (трещин, пор, шлаковых включений, наплывов, непроваров, подрезов и др.). По свариваемости материалы относят к хорошо, удовлетворительно и плохо свариваемым.

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов, их сплавов и других материалов. Это один из широко используемых процессов для создания новых и ремонта эксплуатируемых машин.

Главная задача сварки - получение прочного сварного соединения. Прочность обеспечивается атомно-молекулярными связями между элементарными частицами соединяемых элементов. Взаимодействие наступает при сближении их на расстояния, примерно равные атомному радиусу. Чтобы обеспечить процесс сварки, необходимо активизировать поверхностные атомы металла, выровнять поверхность или осуществить плотный контакт и удалить из зоны сварки оксиды и органические пленки.

Процесс сварки состоит из трех условных этапов: формирование физического контакта; образование химических или металлических связей; создание прочного сварного соединения.

При термической сварке на первом этапе металл в месте сварки доводится до жидкого состояния. За счет расплавления металла устраняются неровности и загрязнения соединяемых поверхностей. Этап заканчивается формированием физического контакта, при котором атомы находятся на расстояниях, необходимых для начала межатомного взаимодействия.

Второй этап характеризуется образованием сварочной ванны, в которую сливается расплавленный металл. Происходит сцепление атомов металла сварочной ванны и основного металла, приводящее к образованию прочных химических связей.

Третий этап наступает после удаления источника нагрева, происходит охлаждение жидкого металла и его кристаллизация. По окончании кристаллизации образуется монолитный шов, способствующий созданию прочных сварных соединений.

См в листке

См в тетради

Преимущества ручной дуговой сварки

· возможность сварки в любых пространственных положениях;

· возможность сварки в местах с ограниченным доступом;

· сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому;

· возможность сварки самых различных сталей благодаря широкому выбору выпускаемых марок электродов;

· простота и транспортабельность сварочного оборудования.

Недостатки ручной дуговой сварки

· низкие КПД и производительность по сравнению с другими технологиями сварки;

· качество соединений во многом зависит от квалификации сварщика;

· вредные условия процесса сварки.

См в листке

При электрошлаковой сварке тепло, необходимое для плавления свариваемого металла, образуется за счет прохождения электрического тока через расплавленный шлак, состоящий из оксидов галоидов или их смесей.

Две свариваемые детали устанавливаются вертикально с зазором между кромками. Зазор с двух сторон закрывают медные водоохлаждаемые ползуны. Снизу зазор также закрывается специальным карманом. В зазор засыпается сварочный флюс и опускается сварочная проволока. В процессе сварки проволока подается вниз роликами, токоподвод осуществляется мундштуком. За счет прохождения тока между проволокой и изделием флюс нагревается и расплавляется. Расплавленный флюс образует шлак, который, будучи электропроводным, является источником тепла, приводящим к расплавлению проволоки и кромок и образованию сварочной ванны. Электрическая дуга отсутствует, так как она шунтируется расплавленным шлаком. Процесс сварки идет снизу вверх. Ползуны, охлаждаемые водой через трубки, перемещаются вверх вместе со сварочным автоматом и формируют сварной шов. Расплавленный флюс обеспечивает одновременно защиту сварочной ванны и участвует в металлургических процессах, обеспечивающих требуемое качество сварного шва.

Основным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки за один проход деталей практически любой толщины. Сварка производится без разделки кромок, поэтому ее экономичность повышается с ростом толщины свариваемого металла.

Электрошлаковая сварка применяется при изготовлении массивных станин, валов мощных турбин, толстостенных котлов и барабанов.

Недостатками электрошлаковой сварки является повышенная зона термического влияния, вызванная медленным нагревом и охлаждением металла. Это часто приводит к образованию неблагоприятных, крупнозернистых структур и требует термообработки для получения необходимых свойств сварного соединения.

См в листке

Электронно-лучевая сварка - сварка, при которой нагрев и плавление изделий осуществляется потоком высокоскоростных электронов, движущихся под действием электрического поля в вакууме.

Электроны испускаются катодом, нагреваемым электрической спиралью. Катод окружен прикатодным электродом, к которому также прикладывается отрицательный потенциал. Таким образом, осуществляется предварительная фокусировка электронов, вылетающих из катода в различных направлениях.

На некотором расстоянии от катода (обычно 3-10 мм) расположен ускоряющий электрод (анод), к которому приложен положительный потенциал. Из-за взаимного отталкивания электронов луч постепенно расширяется. Для его сжатия используется фокусирующая система, осуществляющая фокусировку магнитным полем. Точное наведение электронного пучка в зону сварки выполняет магнитная отклоняющая система.

Скорость электронов может составлять до 150 000 км/с и выше. Поэтому даже несмотря на очень малую массу электронов их кинетическая энергия (mн²/2) оказывается достаточной для нагрева бомбардируемого изделия до температуры плавления и, следовательно, сварки.

Газовая сварка используется для нагрева металла высокотемпературным пламенем, образующимся в результате сгорания газа ацетилена в смеси с кислородом В последнее время увеличивается объем использования в качестве горючего газа водорода, получаемого электролизом воды.

Горючий газ из баллона или специального газового генератора поступает в сварочную горелку. Из баллона в горелку поступает кислород. В горелке они смешиваются в определенном соотношении и на выходе из сопла поджигаются. Пламя расплавляет кромки свариваемого изделия, присадочный приток, а также выполняет функции защиты расплавленного металла от атмосферы. Регулировка расхода кислорода и горючего газа осуществляется соответствующими вентилями.

Технология газовой сварки

Основными параметрами режима газовой сварки являются мощность пламени, угол наклона горелки и диаметр присадочного прутка. Мощность пламени зависит от толщины металла и его теплофизических свойств.

Угол наклона мундштука горелки по отношению к плоскости изделия также зависит от толщины и теплофизических свойств металла.

Диаметр присадочного прутка выбирают в зависимости от толщины металла, пользуясь соотношением:

В зависимости от техники выполнения сварки различают правый и левый способы.

При правом способе газовой сварки пламя сварочной горелки направлено на шов, и процесс сварки ведется слева направо. Горелка перемещается впереди присадочного прутка.

При левом способе газовой сварки пламя направлено от шва и процесс сварки ведется справа налево. Горелка перемещается за присадочным прутком.

При правом способе газовой сварки обеспечивается лучшая защита сварочной ванны, ниже расход газов, меньшая скорость охлаждения шва. При левом способе лучше формирование шва, так как сварщик хорошо видит процесс сварки. При толщине металла до 3 мм более производителен левый способ, при больших толщинах - правый.

Основным преимуществом газовой сварки ее независимость от электрических источников питания. Это делает удобным ее применение в строительных и монтажных условиях. Оборудование для газовой сварки достаточно мобильно и транспортабельно.Недостатками газовой сварки являются ее низкая производительность, большая зона термического влияния, высокие требования к квалификации сварщика

Электрическая контактная сварка - процесс образования неразъемного соединения металлов путем их нагрева проходящим электрическим током и пластической деформации зоны соединения усилием сжатия.

Сущность процесса

Контактная сварка представляет собой термомеханический (комбинированный) способ сварки, при котором для получения неразъемного соединения деталей используются два физических процесса - нагрев проходящим током и давление.

Используемая при сварке теплота выделяется при прохождении тока в свариваемых заготовках, контактах (зоне соединения) между ними, а также в контактах заготовок с электродами.

При правильно протекающем процессе нагрев поверхностей заготовок, прилегающих к электродам, незначителен, поскольку контакты между ними имеют относительно небольшое сопротивление из-за высокой электрической проводимости и мягкости электродного металла, а сами электроды охлаждаются водой.

Виды контактной сварки

Основные виды контактной сварки в зависимости от формы сварного соединения:

· точечная сварка - одноточечная, двухточечная, многоточечная;

· рельефная сварка;

· шовная сварка - непрерывная, прерывистая, шаговая;

· стыковая сварка - сопротивлением и оплавлением;

· шовно-стыковая сварка;

· рельефно-точечная сварка;

· контактная сварка по методу Игнатьева.

Преимущества

Контактная сварка широко распространена в промышленном производстве благодаря следующим преимуществам:

высокая производительность за счет применения большой электрической мощности (время сварки одного стыка или точки составляет до 0,02-1 с);

высокое и стабильное качество сварных соединений;

низкие требования к квалификации сварщика;

широкие возможности механизации и автоматизации процесса (машины контактной сварки или их сварочные части могут сравнительно легко встраиваться в поточные сборочно-сварочные линии);

высокая экологичность процесса.

Пайка - процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Расплавленный припой затекает в специально создаваемые зазоры между деталями. Протекает процесс взаимного растворения металла деталей и припоя, в результате чего образуется сплав, более прочный, чем припой.

Образование соединения без расплавления основного металла обеспечивает возможность распая соединения.

Припой должен хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью, быть дешевым и недефицитным. Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. По температуре плавления припои подразделяют на особо легкоплавкие, легкоплавкие, среднеплавкие и тугоплавкие.

При пайке применяются флюсы для защиты места спая от окисления при нагреве сборочной единицы, обеспечения лучшей смачиваемости места спая расплавленным металлом и растворения металлических окислов. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее применимы флюсы: бура, плавиковый шпат, борная кислота, канифоль, хлористый цинк, фтористый калий. Пайку точных соединений производят без флюсов в защитной атмосфере или в вакууме.

В зависимости от способа нагрева различают пайку:

газовую;……..погружением (в металлическую или соляную ванну);……электрическую (дуговая, индукционная, контактная);….ультразвуковую.

В единичном и мелкосерийном производстве применяют пайку с местным нагревом посредством паяльника или газовой горелки. В крупносерийном и массовом производстве применяют нагрев в ваннах и газовых печах, электронагрев, импульсные паяльники, индукционный нагрев, нагрев токами высокой частоты.

Процесс пайки включает: подготовку сопрягаемых поверхностей деталей под пайку, сборку, нанесение флюса и припоя, нагрев места спая, промывку и зачистку шва.

Детали для пайки тщательно подготавливаются: их зачищают, промывают, обезжиривают.

Холодная сварка -- соединение металлов давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева. Этот метод применяют для сварки таких пластичных металлов, как медь, алюминий, свинец и др. На специальных машинах выполняют точечную и шовную холодную сварку. Применяют также специальные клещи для холодной сварки проводов и шин из алюминия и меди. Холодной сваркой можно соединять и разнородные металлы. Например, к алюминиевым шинам приваривают медные наконечники.

Сварка трением -- соединение металлов давлением с нагревом за счет трения. Сварку выполняют на универсальных токарных станках или специальных машинах. Одну из свариваемых заготовок укрепляют неподвижно в суппорте токарного станка, а другую -- в патроне. В процессе сварки к вращающейся заготовке прижимают неподвижную, и их трущиеся торцевые поверхности нагреваются до температуры сварки.

Плазменная сварка -- соединение металлов плавлением, при котором для нагрева используется тепло плазменной струи, представляющей собой поток ионизированного газа, имеющего температуру 10 000...20 000 °С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ (азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси) через столб сжатой дуги. Плазменной струей можно разрезать тонкие цветные металлы и сплавы, высоколегированные стали, тугоплавкие металлы, керамику и др., особенно те, резка которых другими способами затруднена, например меди, алюминия и др.

Ультразвуковая сварка основана на использовании механических ультразвуковых колебаний, подводимых к металлу. Она бывает точечной и шовной. Данным способом сваривают металлы небольшой толщины, а также некоторые пластмассы. Электрическую энергию в сварочной машине преобразует в механическую ультразвуковую магнитострикционный преобразователь.

Электронно-лучевая сварка в вакууме характеризуется тем, что энергию, необходимую для нагрева и плавления металла, получают в результате интенсивной бомбардировки места сварки быстро движущимися в вакууме электронами. Для ускорения движения электронов к катоду и аноду подводится ток напряжением 30...100 кВ.

Электронно-лучевую сварку применяют при изготовлении деталей из тугоплавких, химически активных металлов.

Наплавка-напыление - сравнительно новый способ нанесения покрытий соединивший преимущества наплавки и напыления. Используются две дуги, прямая, горящая между плазматроном и изделием, и косвенная, горящая внутри плазматрона. В результате чего появляется возможность уменьшить количество тепла, передаваемого детали, а тепло, необходимое присадочному материалу для расплавления, передать за счёт косвенной дуги. Восстановления деталей газотермическим напылением состоит в плавлении исходного материала и переносе его на поверхность детали струёй воздуха, плазмы или пламенем некоторых горючих газов и их смесей.

Основными разновидностями газотермического напыления, применяемых для восстановления деталей, являются электродуговая металлизация, газопламенное, плазменной и детонационное напыление.

Электродуговая металлизация заключается в расплавлении исходного материала в электрической дуге и напылении его струёй воздуха на поверхность детали. Она отличается высокой производительностью и простотой. Недостатками являются перегрев, окисление и выгорание легирующих элементов напыляемого материала, недостаточная прочность сцепления, а также большие потери напыляемого материала. Электродуговая металлизация может успешно применяться для восстановления различных деталей, обеспечивая достаточную прочность сцепления с основой.

Газпламенное напыление отличается простотой, портативностью и мобильностью оборудования, низкие затраты на эксплуатацию, возможность получать покрытия при низких температурах восстанавливаемых деталей, исключающих термическое влияние на основной материал (напыление без последующего оплавления). Недостатками этого способа являются: невозможность получения покрытий из тугоплавких материалов, значительную пористость и недостаточную адгезию наносимого слоя с поверхностью детали.