Материаловедение

Для флюсов-растворителей  применяют главным образом галоидные  соли щелочных и щелочноземельных металлов NaCl, KC1, LiCl, CaCl2, NaF, KF, CaF2 и др., а также углекислые и фосфорнокислые соли натрия. Для усиления действия флюсов-растворителей в них часто добавляют бисульфаты натрия или калия NaHSO4 и KHSO4.

Применение газовой  сварки обширно и разнообразно. Газовую  сварку применяют в самолетостроении, где преобладает сварка металлов малых толщин (1-3 мм), в производстве химической аппаратуры. Важное значение имеет газовая сварка в прокладке и монтаже трубопроводов самых разнообразных назначений, в особенности малых диаметров, до 100 мм. Газовая сварка является незаменимым мощным средством при ремонте и с этой целью широко используется в ремонтных мастерских для всех видов транспорта, в сельском хозяйстве и т. д.

Качество сварных  соединений, выполняемых газовой  сваркой выше, чем при дуговой  электродами с тонкой ионизирующей обмазкой, но несколько уступает дуговой  сварке, выполненной качественными  электродами. Основная причина некоторого снижения прочности сварных соединений состоит в том, что при газовой  сварке не производится легирования  наплавленного металла, в то время  как при дуговой сварке качественные электроды, содержащие в обмазке  ферросплавы, производят довольно значительное легирование. Таким образом, газовая  защита, обеспечиваемая восстановительной  зоной сварочного пламени, для получения  качественного сварного соединения менее эффективна, чем действие качественных электродных обмазок при дуговой  сварке.

Производительность  газовой сварки, значительная при  малых толщинах основного металла, быстро снижается с увеличением  его толщины. При малых толщинах (0,5-1,5 мм) газовая сварка по производительности может превосходить дуговую. С увеличением толщины металла до 2-3 мм скорости газовой и дуговой сварки уравниваются, а затем разница в скоростях быстро возрастает с увеличением толщины металла в пользу дуговой сварки. При малых толщинах абсолютный расход газов на 1 м сварного шва невелик; общая стоимость 1 м сварного шва может быть меньше, чем при других способах сварки. С увеличением толщины основного металла быстро растет стоимость газов и расход времени на сварку 1 м шва и газовая сварка становится дороже дуговой; разница в стоимости быстро увеличивается с возрастанием толщины основного металла. Таким образом, экономически газовая сварка наиболее приемлема для сварки малых толщин металла.

42. Газовая резка, сущность

Что такое газовая  резка металла? Этот метод является традиционной технологией обработки  металлов, которая прекрасно зарекомендовала  себя в различных отраслях промышленности. При данном методе резки металл обрабатывается смесью горючих газов и кислорода.

 Этот способ, основан  на свойстве металлов, которые  нагреваются до температуры воспламенения  и горят в технически чистом  кислороде. На нагретый металл  до 1200-1300°С направляется струя кислорода, которая прожигает и разрезает материал, а образуемые окислы железа вытекают из полости реза.

Эта технология используется для резки изделий из низко- и  среднелегированных сталей имеющих  толщину от 1 мм до 200 мм. Существует также оборудование для газовой  резки металлов, благодаря которому появилось возможность обработки  изделий имеющих толщину до двух метров.

 Газовая резка  производиться резаком, который  представляет собой специальную  сварочную горелку с устройством  для подвода кислорода. В зависимости  от того, какой газ используется  для нагрева металла, различают  между собой водородно-кислородную,  ацетиленокислородную и бензинокислородную  газовую резку. Выбор состава  для работы напрямую зависит  от характеристик обрабатываемого  материала.

К примеру, разновидностью этой технологии является флюсокислородная резка, благодаря которой появилась  возможность разделить трудно поддающиеся  этому процессу металлы, такие как, например чугуны,  высокохромистые и хромоникелевые стали, а также алюминиевые сплавы. Для облегчения процесса и удешевления работ вместе с кислородом вдуваются и порошкообразные флюсы.

 Современная технология  резки металла при помощи газа  дает возможность выполнять фигурный  раскрой стали, который имеет  толщину до 200 мм. Обратите внимание, что особенно перспективно использовать  этот способ в тех случаях,  когда необходим раскрой листового  металла, имеющего толщину свыше  100 мм. Но также газовая сварка  и резка металла может быть  выгодна и при меньшей толщине  листа, если требуются соблюдение  следующих условий: во-первых, если  кромка реза будет вертикальной, во-вторых, ширина необходимого реза  не более 2-2,5 мм, в-третьих, не  требуется закаливание кромок  материала.

Какие преимущества имеет резка металлов газовым  резаком по сравнению с другими  видами резки? При помощи этой технологии возможна обработка металла имеющего толщину до 200 мм, к обслуживанию технического процесса предъявляются  минимальные требования, для осуществления  газовой резки не требуются внушительные финансовые затраты, отсутствие необходимости  последующей обработки кромки. Согласитесь  это не маловажные показатели?

Разумеется, помимо резки металлов газовой горелкой существуют и другие виды резки металла, к примеру, плазменная, гильотинная  и лазерная. Но только способ с использованием газа дает возможность справиться с  достаточно прочными и толстыми материалами, образуя при этом безупречно ровные и не закаленные на срезе кромки. 

43. Сущность  процесса пайки. Виды пайки

Определение и сущность процесса паяния. Паянием называется процесс соединения твердых металлических  тел при помощи промежуточного металла  или сплава в расплавленном состоянии  с последующей его кристаллизацией.

 В производственной  практике как процесс паяния, так и результат этого процесса называют кратко словам «пайка»; чтобы избежать этой двойственности понятий, более правильно было бы процесс соединения называть «паянием», а результат паяния, т. е. сам паяный шов, именовать «пайкой». Однако ввиду того, что термин «пайка» имеет весьма широкое распространение, в изложении практической части данной книги этот термин будет применен как равнозначный термину «паяние».

 Сплав, применяющийся для соединения металлических деталей при паянии называется припоем. Как видно из самого определения, припой должен обладать более низкой температурой плавления по сравнению с паяемым металлом.

По первому впечатлению  процесс паяния весьма прост, однако получение надежного прочного шва  представляет собой сложную задачу. Наблюдающийся при паянии комплекс физико-химических процессов сложен и многообразен.

В первом приближении  процесс образования паяного  шва можно разделить на следующие  стадии:

1) прогрев металла  паяемого шва до температуры,  близкой к температуре плавления  припоя;

2) расплавление  припоя;

3) растекание жидкого  припоя по поверхности твердого  металла и заполнение паяемого  шва;

4) растворение  основного металла у шва в  жидком припое и взаимная диффузия  металлов;

5) охлаждение и  кристаллизация припоя в паяном  шве.

 Практически перечисленные  стадии паяния перекрывают друг  друга и сопровождаются, кроме  того, рядом других вспомогательных  процессов. Для того чтобы паяемый  шов был заполнен припоем, необходимо  прежде всего расплавить его.  Но этого мало, если мы каким-либо  образом нанесем расплавленный  припой на поверхность холодного  шва, то этот припой быстро  закристаллизуется и никакой  связи его с металлом основы  при этом не произойдет. Поэтому  при пайке шов должен быть  обязательно прогрет до температуры  начала плавления припоя (температуры  солидуса).

Прогреву можно  подвергать не весь подлежащий пайке  узел, а лишь поверхность шва; однако ввиду того, что металлы, как правило, обладают высокой теплопроводностью, осуществить такой местный нагрев обычно довольно трудно, а иногда, например для массивных деталей из высокотеплопроводной меди, вообще невозможно. Одновременно с прогревом паяного шва обычно происходит и расплавление припоя.

После прогрева шва  и расплавления припоя, последний, должен растечься по поверхности паяемого металла, а это возможно лишь в  том случае, если расплавленный припой хорошо смачивает поверхность твердого металла. 

Пайка — процесс  соединения металлов, находящихся в  твердом состоянии, путем введения между ними расплавленного припоя, более легкоплавкого, чем соединяемые  металлы.

При пайке происходит в месте спайки взаимное растворение  и диффузия припоя и нагретого  основного металла. Это явление  возможно лишь при смачивании припоем  основного металла, что происходит только при правильном подборе припоев  для пайки определенных металлов. Кроме того, для осуществления  взаимной диффузии припоя и основного  металла места спайки должны быть хорошо очищены механическими и  химическими способами.

Для связи образующихся при пайке окислов, т. е. для химической очистки и для способствования  смачиванию припоем спаиваемых поверхностей, применяют флюсы. Состав флюсов зависит  от видов припоя и металлов, подвергаемых пайке.

Различают пайку  мягким припоем и пайку твердым (крепким) припоем. В первом случае соединение, полученное путем пайки, не выдерживает  значительных нагрузок и предназначено  в основном для обеспечения плотной (обычно герметичной) связи двух поверхностей.

Путем пайки твердым  припоем можно получить прочное  соединение, выдерживающее значительные нагрузки, В обоих случаях паяные швы по характеру могут быть подобны  сварным, т. е. могут осуществляться встык, внахлестку и т. д. 
 
 

Техника соединения медных труб легка и надежна. Наиболее распространенной техникой соединения является капиллярная низкотемпературная и высокотемпературная пайка. Не капиллярная пайка при соединении труб не используется. 

Капиллярный эффект.

Процесс взаимодействия молекул или атомов жидкости и  твердого тела на границе раздела  двух сред приводит к эффекту смачивания поверхности. Смачивание – это явление, при котором силы притяжения между  молекулами расплавленного припоя и  молекулами основных металлов выше, чем  внутренние силы притяжения между молекулами припоя ( жидкость «прилипает» к поверхности).

В тонких сосудах (капилляры) или щелях совместное действие сил  поверхностного натяжения и эффекта  смачивания выражено сильнее и жидкость может подниматься вверх, преодолевая силу тяжести. Чем тоньше капилляр, тем сильнее выражен данный эффект.

Для получения эффекта  капиллярности в медных трубопроводах, соединяемых пайкой, используют «телескопические»  соединения. При вставлении трубы  в фитинг, между внешним диаметром  трубы и внутренним диаметром  фитинга остается зазор не превышающий 0,4 мм. Что достаточно для возникновения капиллярного эффекта при пайке.

Данный эффект позволяет  припою равномерно распространяться по всей поверхности монтажного зазора соединения независимо от положения  трубы (можно, например, подавать припой снизу). При величине зазора не более 0,4мм, капиллярный эффект создает  пропай шириной от 50% до 100% диаметра трубы, что достаточно для создания сверхпрочного соединения.

Использование капиллярного эффекта дает возможность очень  быстро (фактически мгновенно ) заполнить монтажный зазор припоем. При хорошо подготовленных поверхностях к пайке, это гарантирует 100% пропай соединения и не зависит от ответственности и тщательности монтажника. 

Низкотемпературная  пайка

В зависимости от применяемого припоя температура нагрева  будет различна. К низкотемпературным ( до 450°С) припоям относятся сравнительно легкоплавкие и обладающие низкой прочностью металлы ( олово, свинец и сплавы на их основе ). Поэтому дать паяный шов большой прочности они не могут.

Но при капиллярной  пайке ширина спаивания (от 7мм до 50мм, в зависимости от диаметра трубы) достаточная, чтобы для сантехнических трубопроводов обеспечить избыточную прочность. Для улучшения качества пайки и повышения коэффициента адгезии используются специальные  флюсы, а поверхности под пайку  предварительно зачищаются.

Все медные трубы  диаметром от 6мм до 108мм можно соединять  капиллярной низкотемпературной пайкой. Температура теплоносителя при  этом должна быть не выше 130°С. Для пайки, очень важно, чтобы припой имел самую  низкую точку плавления и соответствовал требованиям, которые к нему предъявляются. Это обусловлено тем, что при  высоких температурах медь теряет твердость  ( отжиг). Именно по этой причине, предпочтение отдается низкотемпературной, а не высокотемпературной пайке.

Высокотемпературная пайка

Высокотемпературная пайка применяется для труб диаметром  от 6мм до 159мм или имеющим большую  длину, а также в случаях, когда  температура теплоносителя составляет более 130°C. В водоснабжении высокотемпературная  пайка применяется для труб диаметром  больше 28 мм. Однако, во всех случаях, следует  избегать чрезмерного нагревания. Высокотемпературная  пайка на малых диаметрах требует  высокой квалификации и опыта, так  как очень легко пережечь или обрезать трубу.