История и перспективы газопламенной обработки - Завод автогенного оборудования ДОНМЕТ производит газосварочные горелки, газовые резаки, керосинорезы, редукторы и другое сварочное оборудование
Главная Каталог продукции Новости Контакты(Где купить) Сертификаты Прайс-лист DonmetTV Вопросы(FAQ)
ABICOR BINZEL

Поиск по сайту

Новости Резка и сварка металла в теории История и перспективы газопламенной обработки
История и перспективы газопламенной обработки PDF Печать
26.11.2003 15:22

Термином «газопламенная обработка», принятым в СССР в 50-х годах прошлого века вместо исторически возникшего ранее термина «автогенная обработка», по определению академика Л.М.Лобанова, обозначают технологию газовой сварки и пайки металлов,газовой наплавки и резки – разделительной и поверхностной, технологию термической правки элементов металлоконструкций после их сварки и проведения низко- и высокотемпературного нагрева изделий перед сваркой, во время ее проведения или после окончания, а также технологию кислородно-флюсовой резки аустенитных сталей и чугуна.


1.Краткий исторический обзор


Написан по материалам:
1. Сварка в СССР. Том первый. Издательство «Наука». Москва 1981
2. История техники. Зворыкин и др.
3. Большая Советская энциклопедия

Первые попытки применения для сварки и резки горючих газов в смеси с кислородом относятся к началу ХХ-го века. Созданию газовой сварки и резки способствовали исследования процессов горения газовых смесей французским ученым Анри Луи Ле Шателье. В 1895 г. он доложил французской академии наук о получении им высокотемпературного пламени (свыше 3000 оС) при сжигании ацетилена и кислорода. Ацетилен был открыт еще в 1836г., а в 1863г. был синтезирован М. Бертло. Однако доступным техническим продуктом стал лишь после того, как в первой половине 90-х годов XIX века химики Муассан во Франции и Вильсон в Америке нашли способ приготовления карбида кальция из известняка и угля.

Первую ацетилено-кислородную сварочную горелку сконструировали французские инженеры Эдмон Фуше и Шарль Пикар, которые получили на нее патент Германии в 1903 году. Предложенные ими конструкции газосварочных горелок принципиально почти не изменились до настоящего времени.

Промышленные предприятия начали применение ацетилено-кислородная сварки с 1906 года, когда появились достаточно надежные конструкции ацетиленовых генераторов. Хотя уже тогда была известна дуговая электросварка, разработанная русскими учеными Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым, газовое пламя получила широкое распространение для сварки технологического оборудования, газопроводов и др. конструкций.

В 1904г. во Франции была обнаружена возможность использования ацетилено-кислородной горелки для резки металлов, а в 1908 – 1909гг. во Франции и в Германии были проведены первые успешные опыты по кислородной подводной резке. В последующие 5 – 9 лет было получено несколько патентов в этой области и разработаны промышленные конструкции резаков для подводной резки.

В 1917г. французское сварочное общество, после значительных усовершенствований резака для подводной кислородной резки, передало этот процесс для эксплуатации во флоте. Вскоре подводная кислородная резка стала применяться во флотах Америки и Англии.

В России газовая сварка стала известна предположительно в 1905 году, в 1906г. она впервые демонстрировалась в Московском техническом училище, после чего, ввиду ее портативности и невысокой стоимости аппаратуры, интенсивно началось ее промышленное освоение, что привело к временному снижению интереса к электродуговой сварке. Однако небольшие объемы производства кислорода, карбида кальция и газосварочной аппаратуры существенно тормозили применение газовой сварки и резки металлов в России.

В начале ХХ в. газовая сварка и резка в России использовалась весьма ограниченно при ремонте изделий из низкоуглеродистой стали, меди и чугуна на ряде заводов, например на Ижорском в Петербурге, исправлении брака литья и сварки некоторых неответственных конструкций в небольших мастерских, главным образом железнодорожных. При этом использовалась аппаратура и материалы, ввозимые из-за границы. В 1911г. Комиссия при Министерстве торговли и промышленности допустила газовую сварку для изготовления паровых котлов, разрешив сварку некоторых неответственных частей котла.

Более интенсивное развитие в России газовая сварка получила в период первой мировой войны. В это время Петроградский технологический институт организовал особую школу «свинцово-паяльного дела и автогенной сварки». Профессор института В.Я. Курбатов написал для этой школы специальную книгу: «Самосварка и различные способы спаивания металлов» (последнее издание - в 1918 году), которая содержала необходимые практические и технические указания. Начиная с этого времени и вплоть до 30-х годов, газовая сварка занимает ведущее положение в сварочном производстве России, а, затем, и СССР. Поскольку в то время она обеспечивала наиболее высококачественные сварные соединения, то с ее помощью выполнялись все ответственные работы. Например, все магистральные нефтепроводы и продуктопроводы в СССР в 1926 – 1935 годы выполнялись газовой сваркой.

Начало промышленного производства газосварочной аппаратуры в СССР относится к 1927 – 1928гг. после создания в 1926г. русско-американского смешанного акционерного общества «Рагаз», в рамках которого в городе Росток был пущен в эксплуатацию цех, выпускавший горелки, резаки и редукторы.

В 1931г. на базе Автогенного комитета и предприятий акционерного общества «Рагаз» был создан Всесоюзный автогенный трест (ВАТ), который развернул строительство новых предприятий по производству сварочной аппаратуры. В частности, был быстро построен крупнейший в стране цех производства аппаратуры для газовой сварки и резки – горелок, резаков, редукторов, вентилей, ацетиленовых генераторов – на Московском автогенном заводе № 1. Расширено производство карбида кальция, кислорода и ацетилена на ленинградском заводе «Красный автоген» № 1. В течение 1933 – 1934гг. окончательно прекратился ввоз автогенной аппаратуры. К этому же времени относятся крупные исследования в области автогенной сварки и резки Н.Н. Клебанова, работы которого сохранили большое значение до настоящего времени.

После того как в технику дуговой сварки начали широко внедряться толстопокрытые электроды, появились новые способы дуговой сварки, разработаны совершенные и высокопроизводительные машины для контактной сварки, газовая сварка постепенно начала вытесняться на многих производствах электрической сваркой. Теперь на первое место выдвигается кислородная резка. В 30-х годах в связи с дефицитом карбида кальция широкое распространение получила резка с использованием жидких горючих, сначала бензина, а в последствии главным образом керосина. К этому периоду относится и возникновение механизированной кислородной резки.

Новый всплеск развития газопламенной обработки металлов приходится на период второй мировой войны и послевоенные годы. В частности в СССР в годы Великой Отечественной войны возникли новые предприятия по выпуску автогенного оборудования, такие как Барнаульский аппаратурно-механический завод, Свердловский автогенный завод № 2.

В 1944г. создан специализированный Всесоюзный научно-исследовательский институт автогенной обработки металлов – ВНИИавтоген (ныне ВНИИавтогенмаш). Деятельность института направлена на научно-теоретическое изучение существующих технологических процессов и разработку новых, их механизацию и автоматизацию. За годы своего существования институт разработал несколько десятков новых прогрессивных технологических процессов и технологических материалов для газотермического напыления, газопламенной сварки, резки, наплавки, пайки, закалки и нагрева. Создал несколько сотен новых газорезательных машин, установок для наплавки, пайки и закалки, генераторов и другого оборудования для производства ацетилена, горелок, резаков, редукторов, металлизационных аппаратов и т.п.

Кроме ВНИИавтогенмаша вопросами газопламенной обработки занимались и другие научно-исследовательские организации, например сварочные лаборатории МВТУ им. Н.Э. Баумана, Киевского и Ленинградского политехнических институтов, ЦНИИ Министерства путей сообщения, базовые сварочные лаборатории при некоторых крупных промышленных предприятиях и отраслевых институтах.

В послевоенные годы создана специальная отрасль промышленности – автогенное машиностроение, в рамках которой был построен одесский завод «Автогенмаш», начавший выдавать продукцию в 1952г. На Воронежском экспериментальном заводе автогенного машиностроения, ранее производивший кислород и ацетилен, был организован выпуск ацетиленовых генераторов и оборудования для получения растворенного ацетилена. Позднее автогенную аппаратуру начал выпускать Кироваканский завод автогенного машиностроения, также построенный в рамках отрасли автогенного машиностроения.

В результате проводимых научных изысканий увеличивается количество процессов газопламенной обработки. Помимо кислородной резки и газовой сварки, получили развитие и многие другие процессы газопламенной обработки: металлизация, наплавка, поверхностная закалка, напыление и сварка пластмасс, газопламенная пайка и др. Но доминирующее значение по-прежнему имеет кислородная резка.

В первые послевоенные годы широко стала внедряться резка с использованием пропан-бутана и природного газа, а в конце 40-х годов параллельно фирмой “Union Carbide and Carbon Corp” (США – ФРГ), институтом ВНИИавтоген и кафедрой сварочного производства МВТУ им. Баумана были разработаны и внедрены в производство способы кислородно-флюсовой резки.

Период после 50-х годов характеризуется в основном качественными изменениями в технологии и оборудовании для газопламенной обработки. Особенно интенсивно развивается механизация и автоматизация процессов резки металла. Создаются машины для газокислородной резки, разрабатываются новые разновидности процессов и оборудования для кислородно-флюсовой резки, безгратовой резки, резки кислородом низкого давления, сплошной огневой зачистки проката и резки горячей стали в металлургии, газофлюсовой сварки и наплавки, «низкотемпературной» пайкосварки чугуна и цветных металлов и т.п.

Весьма бурно развиваются механизация и автоматизация процессов газопламенной обработки металлов, в первую очередь это касается процессов газокислородной резки. Наибольших успехов в этом добились такие страны, как Япония, ФРГ, США. С начала 70-х годов прошлого столетия на крупных промышленных предприятиях широко начинают использоваться газорезательные машины с числовым программным управлением. Они позволяют производить высокоточную резку под сварку и механообработку заготовок любой конфигурации и сложности, с постоянной повторяемостью размеров и минимальными отклонениями этих размеров от номинала, а также чистотой поверхности реза, сопоставимой с этими же параметрами при механообработке.

Существенным вкладом в решение проблемы качественных показателей кислородной резки является разработанный в конце 60-х – начале 70-х годов ВНИИавтогенмашем под руководством А. Н. Шашкова новый способ резки «смыв-процессом». На этом принципе разработаны специальные многоструйные резаки, сочетающие в себе преимущества способа скоростной резки с одновременным повышением чистоты поверхности реза. При резке «смыв-процессом» скорость резки в 1,5 – 2 раза выше, чем при обычной резке, а чистота поверхности соответствует 5 – 6 классу чистоты (Ra - 1,6).

В 50-е годы кафедрой сварочного производства Киевского политехнического института проводятся исследования газодинамики кислородной струи, которые привели к разработке новой технологии резки кислородом низкого давления (0,1 – 0,4 МПа), позволяющей резать металл толщиной до 1,5 – 2 м. К началу 70-х этот процесс внедрен на большинстве металлургических предприятий СССР.

Широкое развитие в 50-е – 60-е годы получила резка в металлургии, где она используется для обработки больших сечений и поверхностной резки металла, а также обработки металла, нагретого до температуры 500 – 1000 оС. Изучение механизма образования канавок при поверхностной резке приводит к разработке технологического процесса сплошной огневой зачистки поверхности горячего проката в потоке прокатки со скоростью 30 – 50 м/мин. Исследования основных закономерностей процесса кислородной резки горячей стали заканчиваются разработкой технологии и аппаратуры для резки заготовок при непрерывной разливке стали и отрезки прибылей на отливках из высоколегированной стали.

2. Современные технологические процессы термической резки

Кислородная резка, несмотря на некоторые ограничения, и сегодня остается одним из основных процессов газопламенной обработки.

Сущность кислородной резки заключается в сжигании металла в кислороде и выдувании струей кислорода продуктов горения. Для успешного протекания процесса металл должен быть предварительно нагрет до температуры его воспламенения в кислороде. Процесс резки начинается с нагрева металла в начальной точке реза до температуры, достаточной для его воспламенения. Направленный на нагретый участок, режущий кислород вызывает интенсивное окисление верхних слоев металла, которые, сгорая, выделяют значительное количество теплоты и нагревают до температуры воспламенения нижележащие слои, т. е. процесс, в определенной степени, входит в режим автонагрева. Это обстоятельство дает предпосылки достаточно экономного расхода горючего газа в процессе резки

Процесс резки легко поддается механизации и автоматизации. Машины для кислородной резки могут резать углеродистые стали толщиной до 300 мм несколькими резаками, в том числе и V- или Х-образной подготовкой кромок под сварку с одновременной резкой. Они дешевле плазменных и лазерных и более просты в обслуживании. Некоторые специальные машины, например для металлургического производства, позволяют производить резку сталей толщиной до 1200мм.

Машины для газокислородной резки осуществляют разделительную и поверхностную резку. Условно их можно классифицировать следующим образом (Машиностроение. Энциклопедия в сорока томах. Том IV-6 Оборудование для сварки. М.: Машиностроение, 1999)



Ручную газокислородную резку также подразделяют на разделительную и поверхностную. Поверхностная резка заключается в снятии слоя (как правило – дефектного) с поверхности металла, а также вырезке одиночных канавок, например удаление дефектного сварного шва. Разделительной резке подвергаются не только металлы, но и некоторые неметаллические материалы, например бетон. Для этих целей в настоящее время все более широкое применение находят газокислородные установки для резки бетона, установки кислородно-порошковой копьевой резки, кислородно-флюсовой резки. В первом приближении оборудование для ручной газовой резки можно классифицировать следующим образом.



Несмотря на кажущуюся простоту процесса, далеко не все металлы поддаются газокислородной резке. Это, в первую очередь, связано с тем, что у большинства металлов температура плавления ниже температуры воспламенения в кислороде, что и приводит к невозможности процесса резки. Кроме того, препятствием на пути этого процесса зачастую становится высокая температура плавления окислов металла, их недостаточная жидкотекучесть, высокая теплопроводность металла и др. факторы.

Эти ограничения в середине 50-х годов прошлого века привели к появлению новых, более концентрированных, чем газовое пламя, источников нагрева. Возникают процессы газоэлектрической, плазменной, электронно-лучевой и (в 70-х годах) газолазерной резки. Осваиваются способы обработки неметаллических материалов высокотемпературной порошково-кислородной и термореактивной струями газа. Это обусловило появление в технической литературе вместо собирательного термина «газовая» или «огневая» резка, охватывающего различные процессы кислородной резки, нового, объединяющего названия – «термическая» резка, принятого Международным институтом сварки.

Лазерная резка основана на тепловом действии лазерного луча и происходит при непрерывном или периодическом перемещении источника тепла, сформированного специальной оптической системой в пятно с высокой плотностью мощности. В зависимости от конструктивных особенностей излучателя возможны непрерывный (газовый лазер) и импульсный (твердотельный лазер) режим резки. В настоящее время наибольшее распространение для резки получили лазеры непрерывного действия.

Для повышения эффективности резки в зону обработки совместно с лазерным лучом подается струя газа, способствующая удалению продуктов из зоны реза, а в некоторых случаях и инициирующая химическую реакцию в месте воздействия на металл (газолазерная резка). В первом случае используют инертные или нейтральные газы (аргон, азот, углекислый газ), во втором – кислород или воздух. Наибольшее распространение получил способ резки лазерным излучением с подачей струи кислорода в зону реза соосно с лучом лазера.

В конце 70-х – начале 80-х годов, сразу после ее освоения газолазерную резку считали наиболее перспективной среди всех способов термической резки. Действительно, начало было многообещающим: возможность резки практически любых толщин и любых материалов, в том числе и неметаллических, ширина зоны реза – доли миллиметра, а чистота поверхности реза такова, что в большинстве случаев вообще не требуется дополнительной механической обработки. Все это помогало строительству. Если теперь учесть, что современные машины для перемещения режущего инструмента при термической резке, позволяют производить высокоточную резку, то становятся очевидными преимущества газолазерной резки. Однако энергозатраты при лазерной резке перечеркивают все преимущества этого способа, не говоря уже о стоимости оборудования, которая и на сегодняшний день находится на заоблачных высотах. Достаточно сказать, что кпд газового (углекислотного) лазера составляет порядка 12%, а твердотельного, например, на алюмоиттриевом гранате – не превышает 2%. Кроме того, долговечность излучателей, зеркал и других элементов современных лазерных устройств еще недостаточна. Даже в твердотельных лазерных системах при мощностях излучения, не превышающих 0,5 кВт, срок службы зеркал составляет около 1000 ч. В системах большей мощности срок службы активных твердотельных элементов не превышает 500 ч, ламп накачки – 100-200 ч.

В начале 80-х годов для развития этих процессов лазерной резки и сварки в МВТУ им. Баумана была создана специальная кафедра лазерной сварки и резки. Исследования, проведенные учеными кафедры, показали экономическую неэффективность лазерной сварки, а лазерная резка может быть эффективна только в некоторых случаях, когда другие способы термической резки дают неудовлетворительный результат.

Плазменная резка – это термическая резка сжатой электрической дугой. Сжатие дуги производится соплом горелки, потоком газа или внешним электромагнитным полем. Сжатая плазменная дуга обладает свойством самопроизвольно углубляться в металл, поэтому ее называют проникающей плазменной дугой. За счет сжатия дуги создается высокая концентрация тепловой энергии, обеспечивающая достаточную производительность и хорошее качество резки.

В качестве плазмообразующего используют как однокомпонентные газы (аргон, азот, гелий, кислород), так и многокомпонентные (аргон + водород, воздух, азот + кислород). В последние годы для резки низкоуглеродистых и низколегированных сталей широко применяют очищенный от масла и влаги воздух.

Оборудование для плазменной резки состоит из плазмотрона (режущий инструмент), источника питания электрической дуги, блока управления процессом, газового хозяйства, системы охлаждения, механизма перемещения плазмотрона вдоль линии реза. Плазмотрон имеет два основных узла: электродный и сопловый. По принципу действия электродного узла плазмотроны подразделяются на образующие дуговую плазму прямого действия и косвенного действия. В первом случае положительным электродом является разрезаемое изделие, следовательно, использование такого плазмотрона возможно только для резки электропроводных материалов. Резка электроизоляционных материалов возможна только с использованием плазмотрона второго типа.

Бесспорным преимуществом плазменной резки является возможность термической резки практически любых материалов и сплавов. К недостаткам этого процесса относится невысокая эффективность (низкая скорость) резки, особенно сталей больших (50 мм и более) толщин, высокая стоимость оборудования, плохие санитарно-гигиенические характеристики процесса, высокий уровень шума.

Электронно-лучевая резка, заключающаяся в бомбардировке зоны реза высококонцентрированным пучком электронов, исходящим из электронной пушки, отличается наивысшей точностью и чистотой реза и получением ширины реза, исчисляющейся сотыми, а иногда и тысячными долями миллиметра. Однако этот процесс возможен только в вакуумной камере, поэтому широкого распространения не получил, а используется только в некоторых специальных отраслях.

Сущность газоэлектрической резки заключается в расплавлении металла электрической угольной дугой с выдуванием этого расплава струей сжатого воздуха. Этим способом можно производить как разделительную, так и поверхностную резку металлов. Способ возник в середине 50-х годов прошлого века как альтернатива пневматической вырубке по сравнению с которой он давал весьма хорошие результаты. Было создано несколько типов воздушно-дуговых резаков и даже налажен их массовый выпуск, однако, вскоре выяснилось, что плазменная и, особенно, газокислородная строжка значительно более эффективны. В настоящее время газоэлектрическая резка в промышленности практически не используется.

Сравнение современных методов резки со ставшей уже традиционной газокислородной резкой металлов приводит к тому, что противопоставление этих методов друг другу, по меньшей мере, не корректно. Действительно, у каждого из этих способов есть свои преимущества и недостатки. Но они не указывают в пользу или против того или иного способа вообще, а лишь определяют область его рационального применения (на самолете летать комфортно и удобно – но очень дорого, на велосипеде ездить не так комфортно – но очень дешево, надежно и полезно для здоровья; вопрос: какой вид транспорта мы выберем, если ежедневно надо преодолеть расстояние в пределах 10 км?).

Основным недостатком газокислородной резки являются указанные выше ограничения. Действительно, далеко не каждый металл поддается удовлетворительной резке этим способом. Но учитывая, что абсолютное большинство конструкционных сталей, т.е. металлов, которые в основном и подвергаются процессу термической резки, относятся к классу низкоуглеродистых или низколегированных, на которые перечисленные выше ограничения не распространяются, становится ясно, почему среди всех процессов термической резки по объему выполняемых работ газокислородная резка стоит на первом месте.

Смею заверить читателей, что до тех пор, пока человечество не изобрело более мобильного, экономичного и менее энергоемкого процесса термической резки, чем газокислородная, этот процесс будет занимать лидирующее место среди всех процессов термической резки.

3. Газовая сварка, пайка и наплавка

Газовая сварка – способ сварки плавлением, при котором нагрев металла осуществляется газовым пламенем посредством специальных сварочных горелок. Сварочное пламя получают при сжигании газообразных топлив (ацетилена или пропан-бутана) в технически чистом кислороде.

Газовая сварка сравнительно проста и не требует сложного оборудования и источника электроэнергии. Раздельное введение тепла и присадочного металла в сварочную ванну позволяет сварщику легко контролировать количество вводимого тепла, температуру нагрева, размеры и внешний вид швов.

Основным недостатком газовой сварки является более низкая производительность по сравнению с дуговой сваркой, а при сварке больших толщин (более 6 мм) себестоимость сварочных работ выше себестоимости дуговой сварки. Кроме того, газовая сварка трудно поддается механизации и автоматизации процесса. Однако возможность выполнения сварных швов во всех пространственных положениях без ограничений, мобильность и дешевизна используемого при этом оборудования вполне оправдывают применение этого способа сварки. Наиболее выгодно использование этой сварки в условиях ремонтных мастерских, в сельском хозяйстве, в строительстве недвижимости, а зачастую и на предприятиях с индивидуальным и мелкосерийным производством, особенно в тех случаях, когда производится сварка стыковых швов с отбортовкой кромок, где нет необходимости использовать присадочный материал. Поэтому вплоть до настоящего времени газовая сварка достаточно широко используется при ручной сварке тонколистовой стали, чугуна и медных сплавов. Наибольшее распространение она получила при изготовлении и ремонте санитарно-технического оборудования и трубопроводов из труб малого диаметра в промышленном и жилищном строительстве.

В последние годы, в связи с использованием в качестве горючего газа газов-заменителей пропан-бутан и, особенно, газ МАФ), которые значительно дешевле ацетилена, затраты на газовую сварку в ряде случаев, особенно тонкого металла, находятся вне всякой конкуренции в сравнении с другими способами сварки плавлением.

Пайка – древнейший способ получения неразъемных соединений металлов с нагревом ниже их автономного расплавления. Паяное соединение образуется путем смачивания, растекания и заполнения зазора между соединяемыми деталями расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва.

Существует большое разнообразие способов пайки, среди которых значительное место занимает газопламенная пайка, отличающаяся тем, что в качестве источника нагрева используется газовое пламя.

Газопламенная пайка подразделяется на капиллярную пайку (высокотемпературную и низкотемпературную) и некапиллярную (пайкосварку). Наибольшее распространение имеет капиллярная пайка, при которой паяемое изделие нагревается газовым пламенем до температуры выше температуры плавления припоя и ниже температуры плавления основного металла. При этом основной металл должен быть нагрет до температуры, обеспечивающей хорошее смачивание его жидким припоем (обычно определяется визуально). В процессе смачивания происходит сближения атомов граничных поверхностей до установления межатомных связей, либо до проникновения атомов жидкого припоя в поверхностный слой нерасплавленного (основного) металла (диффузии).

Отличительной особенностью пайкосварки является то, что она производится с разделкой соединяемых кромок и заполнение шва жидким металлом происходит под действием гравитационных сил, а капиллярные силы практически не участвуют в растекании жидкого металла. В остальном сущность процесса не отличается от капиллярной пайки. Этот способ пайки применяется для соединения разнородных металлов (например, латунь – сталь) с нагревом более легкоплавкого металла до температуры, превышающей температуру его автономного плавления. По своей природе этот процесс ближе к сварке плавлением.

Газокислородное пламя применяют преимущественно для высокотемпературной капиллярной пайки. Так как температура пламени не является определяющей характеристикой при выборе горючего (температура плавления припоев не превышает 1100оС), для пайки в большинстве случаев используют заменители ацетилена (пропан-бутан, метан, газ МАФ, керосин и т. п.). При ручной пайке ацетилено-кислородное пламя обеспечивает большую скорость процесса, но такая скоростная техника нагрева доступна только очень опытным паяльщикам. Именно это обстоятельство в большей мере способствует переходу на заменители ацетилена, которые обеспечивают более равномерный прогрев соединения, не ухудшая при этом качества соединения и обеспечивая более экономичный процесс.

В случаях низкотемпературной капиллярной пайки преимущественно используется газовоздушное пламя, которое, в связи с более низкой температурой, дает лучшие результаты, чем газокислородное пламя.

Художественное литье и ковка изделий из черных и цветных металлов освоено человечеством давно. А вот художественная пайка получила развитие только с освоением современных методов капиллярной пайки с использованием в качестве источника нагрева газокислородного пламени. Современные мастера методами художественной пайки получают такие произведения искусства, которые можно сравнить разве только с творениями природы.

Наплавка применяется для восстановления размеров изношенных деталей и придания особых свойств рабочим поверхностям новым деталям. В массовом и крупносерийном производстве наибольшее распространения получили электродуговые методы наплавки. Однако в ремонтных условиях и индивидуальном (единичном) производстве зачастую значительно эффективнее использование газопламенной наплавки, при котором изделие нагревается и присадочный металл расплавляется газокислородным пламенем. Особенность такого нагрева заключается в том, что при этом легче регулировать степень нагрева основного и присадочного металлов, благодаря чему удается избежать глубокого проплавления основного металла и перемешивания его с наплавленным. Кроме того, при нагреве газовым пламенем уменьшается окисление и испарение компонентов наплавляемого металла и появляется возможность получить наплавленный слой малой толщины (порядка 0,1 мм), что при электродуговой наплавке вызывает значительные сложности.

Наиболее эффективна газопламенная наплавка медно-цинковых сплавов (латуней) на черные металлы (сталь, чугун), процесс которой сродни процессу капиллярной пайки. Наплавка черных металлов производится в основном с целью повышения износостойкости деталей, изготовленных из различных марок сталей и чугунов. Наиболее перспективным процессом здесь является газопорошковая наплавка, при которой наплавочный материал в виде порошкового сплава подается через газокислородное пламя в место наплавки. В результате нагрева пламенем частицы порошка достигают поверхности детали в высокопластичном или расплавленном состоянии и после затвердевания образуют слой наплавленного металла, пригодный для восстановления и упрочнения деталей машин.

Газопламенная поверхностная закалка и объемная термическая обработка сталей в последние годы используется редко, их активно вытесняют более эффективные и производительные методы, такие как закалка токами высокой частоты, химическое поверхностное упрочнение, термическая обработка с нагревом в индукционных печах и т.п. Однако в индивидуальном производстве, где приобретение специального дорогостоящего оборудования нецелесообразно, газопламенная термообработка остается и в обозримом будущем останется доминирующем технологическим процессом.

Вместе с тем есть отрасль производства, где обойтись без газопламенной обработки металлов вообще не представляется возможным. Эта отрасль – производство сварных конструкций. Ранее уже говорилось о различных методах термической резки на стадии заготовительных операций, где по прежнему доминирующее место занимает газокислородная резка. Но в процессе сварки неизбежны сварочные деформации, которые приводят к короблении сварных конструкций. Сталь с содержанием углерода свыше 0,3% может при сварке давать трещины в районе температур, близких к линии солидуса (горячие трещины), а также трещины при охлаждении после сварки (холодные трещины). Внутренние напряжения, возникающие в процессе остывания сварного шва и околошовной зоны при сварке ряда легированных сталей, вызывают объемно-напряженное состояние, что приводит не только к образованию трещин, но зачастую и к полному разрушению сварного соединения. Трещины могут возникать как в сварном шве, так и в околошовной зоне.

Подогрев зоны сварного соединения перед сваркой или в процессе сварки уменьшает градиент температурного поля и снижает скорость охлаждения, чем в значительной степени способствует уменьшению внутренних напряжений и вероятности образования горячих и холодных трещин.

Производить подогрев перед сваркой всей конструкции не всегда целесообразно, а зачастую и невозможно из-за технических сложностей. В абсолютном большинстве случаев более рациональным является местный подогрев. Это относится в первую очередь к предварительному и сопутствующему подогреву, а при сварке крупногабаритных конструкций – и к термообработке или устранению сварочных деформаций после варки.

На практике местный подогрев производится различными источниками тепла вплоть до нагрева газокислородными резаками, сварочной дугой и т.п. Современное развитие производства газопламенного оборудования позволяет все более широкое применение для этой цели специальных газокислородных горелок типа ГЗУ, работающие на пропан-бутановой смеси или природном газе. Большая тепловая мощность таких горелок позволяет производить эффективный нагрев локальной зоны сварной конструкции, а в ряде случаев (при небольших размерах) и всей конструкции в целом.

Все сказанное о газопламенной обработке говорит о том, что развитие этих технологий находится еще в начале пути, именно поэтому процессы механизации и автоматизации этих процессов только в последние два десятилетия получили бурное развитие как в Украине, так и в ближнем и дальнем зарубежье.



Гуменшаймер Иван Иванович, инженер

 
Main page Main page