Горновая или кузнечная сварка

Горновая сварка - древнейший вид сварки давлением. На протяжении почти трех тысячелетий человечество широко пользовалось железом, не умея его расплавить, поэтому к железу нельзя было применять давно известную литейную сварку и была изобретена горновая сварка, способ, как бы предназначенный для железа. Расцвету и развитию горновой сварки чрезвычайно способствовал и сам способ производства железа, существовавший на протяжении тысячелетий до второй половины XIX столетия.

При горновой сварке сталь нагревают до перехода в пластическое состояние, нагретый металл подвергают сдавливанию в процессах ковки (кузнечная сварка), прокатки, прессования, волочения и т. д. Сталь нужно нагревать до температуры 1100-1300° С, Всяком случае выше точки превращения alpha-gamma.

Место сварки можно нагревать различными источниками тепла. Особенно высоких температур не требуется, и необходимый нагрев может быть получен в различных печах и горнах, отапливаемых твердым, жидким или газообразным горючим. Большинство обычных горючих материалов при сжигании их с воздухом в печах надлежащего устройства обеспечивает достаточный нагрев.

Поверхности свариваемых деталей, даже тщательно зачищенные предварительно, в процессе нагрева обычно значительно окисляются, слой окислов делает сварку невозможной.

При нагревании стали образуется железная окалина, состав которой колеблется между окислами FeO и Fe₃O₄, достаточно тугоплавкими и не расплавляющимися при температуре белого каления. Эти окислы имеют основной характер, поэтому для их офлюсования или ошлакования, т. е. перевода в легкоплавкие соединения, жидкие при температуре сварки, следует применять окислы кислотного характера, нелетучие и достаточно стойкие при температуре сварки. Флюсами при горновой сварке могут; служить: бура Na₂B₄O₇, борная кислота В(ОН)₃, поваренная соль NaCl, мелкий речной или кварцевый песок, бой оконного стекла, а также их смеси.

После нагрева и офлюсования места сварки выполняют операцию осадки. Осадка вызывает значительную деформацию металла, течение его вдоль поверхностей соединения, способствующее перемешиванию и взаимной диффузии частиц металла соединяемых частей. Величина необходимого удельного давления при осадке.

Осадка может производиться ручной или механической проковкой места - прессованием, прокаткой. Таким путем может быть получена, например, многослойная листовая сталь. Подобным же образом изготовляют биметалл посредством совместной прокатки разогретых заготовок, например стали и никеля, углеродистой стали и нержавеющей стали или меди и т. д.

При горновой сварке всегда довольно велика вероятность оставления окислов, окалины и других загрязнений на поверхностях металла, подлежащих сварке. Нагрев до пластического состояния не обеспечивает удаления загрязнений в процессе осадки, в особенности при значительных размерах сечений сварки. Поэтому для повышения надежности горновой сварки стремятся увеличить поверхность соприкосновения соединяемых частей, с этой целью поверхность перед сваркой соответственным образом подготавливают и разделывают (см. рис.).

Существенными недостатками горновой сварки являются: медленность нагрева металла и, следовательно, низкая производительность процесса; сложность процесса осадки, требующего значительной квалификации рабочих; недостаточная надежность получаемого сварного соединения. К этому присоединяется возможность значительного роста зерна, перегрева и пережога металла ввиду продолжительности процесса нагрева. Малая производительность делает горновую сварку дорогой, а прочность сварного соединения получается пониженной и колеблющейся в широких пределах. Эти причины и объясняют постепенное вытеснение горновой сварки в современном производстве.

Имеются отрасли производства, где горновая сварка и сейчас сохраняет ведущее положение, например производство сварных газовых труб, преимущественно небольших диаметров, не свыше 100 мм. Полосы стали нагревают в печах, затем нагретая полоса со свертышем на конце протаскивается через волочильную оправку со скоростью несколько десятков метров в минуту, происходит свертывание полосы в трубу и заварка продольного шва. Производство таких труб имеет массовый характер, и они выпускаются тысячами километров для газовых, водопроводных сетей и пр.

Сохранила горновая сварка значение в производстве различного составного инструмента из поделочной и инструментальной углеродистой стали (топоры, ломы, кирки и т. п.).

Газопрессовая сварка — вид сварки, при котором место соединения нагревается газокислородным пламенем до пластического состояния или до оплавления с последующим сжатием внешними осевыми усилиями. В качестве горючего при газопрессовой сварке используют ацетилен, метан, пропан-бутановую смесь и другие. Газопрессовую сварку применяют при сварке в стык стержней различного сечения, а также труб диаметром до 700— 800 мм.

Важное преимущество газопрессовой сварки— относительная простота процесса; газопрессовая сварка не требует мощных источников электрознергии, используемых при контактной сварке. Этот вид сварки обеспе­чивает высокую производительность и качество сварки.

Газопрессовая сваркаиспользуется для нагрева металла газокислородным пламенем горелки. Специальные горелки дают десятки и сотни небольших огней, распределенных равномерно по нагреваемой поверхности. При газопрессовой сварке нагрев ведется очень интенсивно и быстро заканчивается, после чего следует осадка. Зона сварки защищена смесью газов, имеющей восстановительный характер. Газопрессовая сварка нашла ограниченное применение, например, для сварки стыков рельсового пути.

Метод газопрессовой сварки металла в пластическом состоянии заключается в соединении свариваемых частей, нагретых в месте их стыкования до 1150... 1200°С (для стали) при постоянном сдавливании. Подготовленные к сварке два стержня зажимают в захватах станка, центрируют и усилием, передаваемым подвижным захватом, сжимают друг с другом. После этого место стыка нагревается пламенем газокислородной многопламенной горелки, в патрубки которой подают кислород и горючий газ. Для равномерного нагрева свариваемых частей и предотвращения оплавления поверхности металла горелка приводится в колебательное движение. Для предотвращения перегрева горелки через патрубки подводится и отводится охлаждающая вода. При нагревании металла до пластического состояния концы свариваемых частей под действием сил осаживаются, вследствие чего в месте сварного стыка появляется утолщение. Процесс продолжается до тех пор, пока осадка под действием силы сжатия не достигнет заданной величины.

Для экономии дорогостоящих легированных сталей большое значение может иметь применение газопрессовой сварки не только при восстановлении изношенных деталей, но и при изготовлении новых деталей из разнородных сталей. Например, шлицевые валы гидропередач изготовляют из сталей 38ХС и 45ХН для того, чтобы обеспечить более высокую долговечность быстроизнашиваемой шлицевой части вала. В то же время остальная часть вала, как правило, работает в менее напряженных условиях и может быть выполнена из простой углеродистой стали.

Термитная сварка — сварка, при которой для нагрева используется энергия горения термитной смеси. Эту сварку применяют для соединения стыков арматурной стали, рельсов, проводов и т. п. свариваемые детали помещают в специальную огнеупорную форму. затем в тигель, расположенный над стыком, засыпают термитный порошок, состоящий из алюминия и железной окалины, и зажигают его. сгорая при температуре более 2000°с, термит образует из окалины жидкий металл, который расплавляет кромки деталей и сваривает их. возможны добавление присадочного металла в процессе сварки в виде прутка и перемешивание ванны этим прутком для лучшего удаления шлаковых и газовых включений и формирования шва. использование заранее приготовленных термитных патронов для сварки проводов и токопроводящих шин заметно повышает ее производительность.

Плазменная сварка — это сварка плавлением, при которой нагрев происходит сжатой дугой. Плазмой называют ионизированный и нагретый газ. для его получения струю газа подают под давлением в сопло плазмотрона — горелки для сварки или резки сжатой дугой, в которой закреплен вольфрамовый электрод. проходя в сопле через дугу, газ нагревается, ионизируется, при этом стенки сопла увеличивают давление на дугу, и она выходит из сопла в виде плазмы с температурой до 40 000°с. Плазменная струя хорошо режет металл, Поэтому в строительном производстве плазмотроны используют главным образом для резки сталей и цветных металлов. Для сварки этот вид осваивается только при использовании в автоматизированных установках.

Дата добавления: 2014-01-07