Неразборные соединения элементов изделий из металлов

1. Заклепочные соединения

2. Виды заклепочных швов

3. Инструменты применяемые для клепания и последовательность приемов работы при клепании

4. Сущность операции фальцовка и виды фальцевых швов

5. Подготовительные работы перед фальцовкой тонколистового металла

6. Инструмент применяемый для фальцовки

7. Паяние и лужение металлов

8. Склеивание металлов

9. Сваривание металлов

5.1. Заклепочные соединения

Клепкой называется процесс соединения-нескольких де­талей (обычно из листового материала) с помощью за­клепок.

Заклепочные соединения. Этот вид соединений приме­няют при изготовлении различных металлических конструк­ций в самолето-, судостроении и других отраслях произ­водства.

Заклепка состоит из стержня и закладной головки. Замыкающую головку образуют непосредст­венно при клепке. Головки заклепок бывают полукруглые, потайные, полупотайные, плоские. Заклепки изготовляют из стали, цветных металлов и сплавов.

Клепка может быть холодной, т. е. выполняемой без на­грева заклепок, и горячей — с нагревом стальных закле­пок до 1000... 1100°С. В практике занятий в учебных мас­терских обычно используют холодную клепку с примене­нием заклепок диаметром меньше 8 мм.

Диаметр отверстия под заклепку делают несколько больше диаметра самой заклепки. Длину стержня заклеп­ки выбирают так, чтобы ее свободный конец (выходящий за край отверстия) имел длину l, равную 1,25... 1,5 диа­метра d стержня, и из него можно было образовать полукруглую головку. Для образования потайной головки эта величина должна составлять 0,8... 1,2

5.2. Виды заклепочных швов.

Место соединения деталей заклепка­ми называют заклепочным швом. Заклепочные швы под­разделяют на прочные (выдерживающие большие нагруз­ки), плотные (герметичные) и прочноплотные (рассчитан­ные на одновременное действие больших механических на­грузок и высоких давлений). Швы могут быть одно- (заклепки расположены в один ряд) и многорядными. Рас­стояние между центрами заклепок называют шагом за­клепочного шва. Шаг однорядных швов может быть рав­ным трем диаметрам заклепки, шаг двухрядных швов — четырем. Расстояние от края листа до центра заклепки принимают равным 1,5 ее диаметра.

В зависимости от расположения соединяемых деталей различают соединения внахлестку и встык. В первом слу­чае край одной детали накладывается на край другой. Во втором случае детали плотно примыкают друг к другу торцами и соединяются между собой с по­мощью одной или двух накладок.

5.3. Инструменты применяемые для клепания и последовательность приемов работы при клепании

При ручной клепке применя­ются слесарные молотки, поддержки, обжимки, натяжки и чеканы.

Поддержка является опорой заклепки при образовании замыкающей головки и должна быть в 3...5 раз массивнее молотка. Натяжка выполняется в виде бородка с отверстием на конце. Ее используют для осажи­вания (плотной подгонки) деталей соединения. Обжимка служит для придания замыкающей головке необходимой формы. Чекан представляет собой зубило с плоской рабо­чей поверхностью и служит для создания герметичности соединения путем обжатия (подчеканки) замыкающей го­ловки.

В механизированном производстве клепку выполняют пневматическими клепальными молотками.

5.4. Сущность операции фальцовка и виды фальцевых швов

Получать неразъемные соединения листового проката, как известно из школьного курса, можно при помощи заклепок, пая­нием, сваркой, склеиванием и фальцовкой. В настоящее время клепку, как трудоемкую и неэкономичную операцию, в машино­строении используют все реже, а в учебных мастерских приме­няют только в некоторых сборочных операциях. Остальные опе­рации получения неразъемных соединений рассмотрим ниже.

Фальцовка — получение неразъемного соединения листового проката при помощи фальцевого шва, довольно распространен­ного в жестяницких работах. Фальцевый шов представляет собой соединение, в котором предварительно отогнутые кромки тонко­го листа (жести, кровельной и оцинкованной стали) плотно прижимают друг к другу, создавая «замок».

Фальцем в жестяницких работах называют загиб кромки, производимый для скрепления «замком» листового проката. Загибы сращиваемых кромок заводят один в другой и образо­вавшийся «замок» в штучном производстве «запирают», легко ударяя молотком, а при массовом производстве — на фальцепрокатных станках.

По конструкции фальцевые швы делят на одинарные, двой­ные, полуторные (комбинированные) и угловые, по ориентировке относительно соединяемых поверхностей — на стоячие, перпенди­кулярные соединяемым поверхностям, и лежачие.

Одинарные лежачие фальцевые швы (наиболее простые) применяют, когда не требуется повышенной плотности и прочности замыкающего шва по образующей тела вращения. Донные и швы «на свалку» используют при соединении цилиндров с круглым дном. Одинарные стоячие фальцы применяют обычно для соединения звеньев тонкостенных труб, в кровельных работах. При повышенных требованиях к герметичности соединения применяют двойные фальцевые швы. Угловые фальцевые швы используют при выполнении изделий прямоугольного сечения.

5.5. Подготовительные работы перед фальцовкой тонколистового металла

Чтобы произвести качественную фальцовку, необходимо обла­дать определенными знаниями в области гибки заготовок из листового проката.

Известно, что изгиб сопровождается появле­нием нормальных и касательных напряжений, а пластическая деформация — упругой.

Определение первоначальных размеров сгибаемых заготовок сводится к вычислению (помимо прямых участков) длины в пре­делах закруглений:

где R – радиус гибки;

- толщина заготовки;

- угол гибки.

Обычно пользуются табл. 1, в которой приведены значения

0,01744 (R+). Найденную величину умножают на угол гибки и полученное произведение прибавляют к длинам сторон до начала загиба.

Минимальные радиусы гибки листового проката зависят от материала. Так, для листовой меди и латуни толщиной до 1,5 мм минимальный радиус равен толщине листа; для листовой стали толщиной 0,3 мм – 0,5 мм, а толщиной 0,5... 1,5 мм — в 1,2 раза больше толщины; для листового дюралюминия Д16М — в 3 раза больше толщины листа.

Между толщиной листа и шириной L фальца опытом также установлена зависимость. Например, для листовой стали толщи­ной 0,5 мм ширину фальца для одинарного лежачего шва следует делать 5... 8 мм, при толщине 1 мм—10 мм, т. е. ширина отгибае­мой кромки в 10—12 раз больше толщины листа. Пользуясь эти­ми данными, подсчитывают ширину фальцевого шва:

К этой величине можно добавить еще 2 мм на подсечку шва с обеих сторон.

5.6. Инструмент применяемый для фальцовки

Гибку кромок, осаживание и подсечку фальцевых швов выполняют киянками, кровельными ручниками массой 0,4... 0,6 кг. Подсекают, используя также и фальцмейсели — оправки. В некоторых мастерских встречаются фальцезакаточные и другие станки.

Размечают большое количество одинаковых фальцев очерткой — плоским шаблоном, прочерчивающим риску на определен­ном расстоянии от кромки листового проката. Параллельность изгибаемых кромок контролируют прочищалкой, а выравнивают фальцеправкой. Применяют их только при изготовлении двойных лежачих швов.

5.7 Паяние и лужение металлов

Среди способов получения неразъемных соединений металли­ческих деталей машин, аппаратов, приборов и других изделий широко используют паяние и сварку металлов. Эти процессы имеют общие физические основы. Несмотря на колоссальные успехи сварки, нельзя представить себе такие важные отрасли промышленности, как приборостроение, электроника, ракето­строение, без применения паяния.

Паянием называется соединение кромок металлических пат­рубков или свертываемых листов, проводов, металлических де­талей и их отломавшихся частей при помощи расплавляемых специальных сплавов — припоев.

При паянии образуется неразъемное соединение металличе­ских, остающихся в твердом состоянии, поверхностей и припоя, заполняющего в расплавленном состоянии зазор между ними, а затем затвердевающего при охлаждении и кристаллизации.

Паяние имеет следующие преимущества: соединяемые части нагреваются в процессе паяния незначительно, их материал не расплавляется, сохраняет свою структуру, химический состав и механические свойства; деформации ничтожны, герметичность соединения достаточно высока, и внутренние напряжения от па­яния практически не возникают. Паяние незаменимо при соеди­нении деталей, металл которых при высокой температуре, свой­ственной сварке, претерпевает структурные изменения, резко ухудшающие его свойства (например, ковкого чугуна, недораскисленной меди).

Однако хороший результат возможен только при выполнении требований, перечисленных ниже.

Расплавленный припой должен хорошо смачивать соединяе­мые неразмягчаемые поверхности металла, диффундировать в него и образовывать, застывая, твердые растворы с материалом деталей. Для этого перед нанесением припоя соединяемые по­верхности очищают от грязи, жиров, окислов и подгоняют. Этим, а также применением защитных флюсов обеспечивают достаточ­ный контакт жидкого припоя и твердых соединяемых металличе­ских поверхностей, сближение и сцепление максимально возмож­ного количества их атомов.

Место спая называют швом, конструкция которого зависит от типа паяных соединений. Наиболее распространено паяние внахлестку, взамок (при помощи фальцев) и встык (простой и с косым срезом кромок).

Процессы паяния классифицируют по видам припоя и спосо­бам нагрева. Паять можно мягкими и твердыми припоями.

Паяние мягкими припоями характерно низкой температурой процесса. Такой припой плавится при температуре, не превыша­ющей 300° С. Это определяет применяемый инструмент и техно­логический процесс паяния.

Мягкие припои состоят из сплава легкоплавких металлов: олова, свинца, сурьмы, висмута и некоторых других. Согласно ГОСТу 1499—70 оловянно-свинцовые припои бессурьмянистые изготовляют следующих марок: ПОС 90, ПОС 61, ПОС 50, ПОС 40, ПОС 10, ПОС 61М (обозначение марки расшифровы­вают так: припой оловянно-свинцовый бессурьмянистый с содер­жанием олова 90, 61% и т. д.). Температура начала плавления 183° С, конца — от 222 (для ПОС 90) до 290° С (для ПОС 10). Припоем с максимальным содержанием олова пропаивают швы медицинской аппаратуры и пищевой посуды. Наиболее употре­бительный припой ПОС 40. Предел прочности у него а₃ = 49... 68,6 Мн/м² (5... 7 кгс/мм²).

Широко используют и мягкий припой ПОС Су 4-6 (оловянно-свинцово-сурьмянистый (в котором около 4% олова и 6% сурьмы), а также висмутовые и кадмиевые припои. Небольшая добавка сурьмы улучшает механические свойства ПОС всех мерок.

Следует отметить низкую температуру плавления висмутовых и кадмиевых припоев. Распространенные висмутовые припои содержат: олова 9,6... 11,5%, свинца 34... 45,1%, висмута 45,3... 54,5%, плавятся при температуре 79... 95° С. Темпера­тура плавления кадмиевых припоев, содержащих дополнительно 10... 12% кадмия, составляет 60... 70° С. Применяют их когда недопустимы температуры выше 70... 100° С.

Припои поставляют в виде прутков, проволоки, ленты, чушек и порошка. В учебных мастерских часто используют третник — самодельный припой, состоящий из сплава ²/₃ свинца и ¹/₃ олова (по массе). Для изготовления третника используют чугунную сковородку или стальной ковш, в которых после нагрева на дре­весных углях под вытяжным зонтом или на открытом воздухе расплавляют олово и постепенно добавляют свинец. Во избежа­ние выгорания металла его поверхность посыпают толченым дре­весным (лучше березовым) углем слоем 10... 18 мм. После рас­плавления свинца сплав перемешивают и выливают в слегка наклоненный жестяной желоб, угольник или в канавку деревян­ной доски, и припой застывает в виде прутка.

Важную роль в паянии играют флюсы, которые должны улучшать смачивание металла припоем и затекание последнего в зазоры между соединяемыми поверхностями, способствовать приплавлению припоя к твердому металлу, удалять окислы и грязь.

При паянии мягкими припоями в качестве флюсов исполь­зуют: нашатырь (хлористый аммоний), водный раствор хлори­стого цинка (ГОСТ 7345—68), раствор нашатыря в воде с до­бавкой хлористого цинка, канифоль, реже соляную и фосфорную кислоты.

Соляную кислоту обычно употребляют разбавленной и трав­леной, получая хлористый цинк. Для этого соляную кислоту раз­бавляют водой (осторожно вливая соляную кислоту в равное ко­личество воды, но не наоборот), затем бросают в разбавленную кислоту небольшие кусочки, цинка до тех пор, пока не прекратит­ся выделение водорода и раствор не станет прозрачным. Полу­ченная травленая кислота хуже раствора по ГОСТу 7345—68, так как содержит некоторые вредные примеси, снижающие качество шва, но применять ее можно.

Приготовлять травленую соляную кислоту следует в вытяж­ном шкафу. Глаза должны быть защищены очками, руки — пер­чатками. Готовую жидкость, в которую добавляют (как антикор­розийное средство) несколько капель нашатырного спирта, гер­метически закупоривают в стеклянной посуде.

В качестве флюса используют, и паяльную пасту, приготов­ленную из хлористого цинка или хлористого аммония и крахма­ла. Для этого крахмал растворяют в воде и кипятят до получения клейстера. Охлажденный клейстер добавляют в водный раствор хлористого цинка и тщательно перемешивают до получения киселеобразной пасты. Такая паста позволяет снизить требования к тщательности механической очистки спаиваемых поверхностей.

Канифоль применяют для паяния главным образом медных проводов и мелких луженых деталей. Объясняется это тем, что канифоль хотя и не растворяет окислов, ранее образовавшихся на металле, но предохраняет его от окисления, а остатки канифо­ли в паяном шве не вызывают коррозии.

При паянии свинца (например, оболочки кабеля) в качестве флюса используют стеарин, иногда паяльный жир, состоящий из стеарина, канифоли и нашатыря.

Нагревают и расплавляют мягкие припои преимущественно паяльниками. Однако применяют и паяние путем погружения со­единяемых поверхностей изделий в расплавленный припой, и паяние газовым пламенем (например, от свечи), эжектируемым воздухом, вдуваемым паяльщиком через изогнутую трубку с утоненным концом, называемую февкой (последний способ осо­бенно удобен при соединении мелких деталей при помощи вис­мутовых и кадмиевых припоев, плавящихся при температуре 60...80°С).

Паяльники бывают периодически нагреваемые и с постоян­ным источником теплоты.

Периодически нагреваемые паяльники состоят из рабочей части, стержня и рукоятки.

Материалом рабочей части служит красная медь в виде брус­ка с клиновидным окончанием (жалом), имеющим угол заостре­ния 30... 40°. Противоположная тупая часть называется обушком. Масса рабочей части 0,2... 0,6 кг. Выбор красной меди обуслов­лен назначением паяльника: получить теплоту от нагревателя и отдать ее в местах соединения, взять и перенести припой к шву. В соответствии с этим рабочая часть должна обладать высокой теплоемкостью и значительной теплопроводностью. По величине коэффициента теплопроводности красная медь уступает только серебру, а по теплоемкости — алюминию, но коэффициент у последнего почти вдвое меньше.

Стержень паяльника обычно стальной, а рукоятка деревян­ная. По взаимному расположению стержня и рабочей части паяльники делятся на угловые (молотковые) и прямые (торцовые). Их можно нагревать в специальных горнах, на газо­вой плите, керогазе, жаровне, паяльной лампой, а малые паяль­ники — на электроплитке. Нагрев начинают с незаостренной части. Молотковым паяльником удобно паять в открытых мес­тах, торцовым — в углубленных.

Из паяльников с постоянным источником теплоты наиболее известны электрические. Применяют газовые, бензиновые и ульт­развуковые паяльники.

Электрические паяльники (электропаяльники) также делят на прямые и угловые. В них стержень из красной меди окружен нагревательным элементом, в кото­ром нихромовая проволока намотана на трубчатый изолятор. Электрические паяльники бытовые согласно ГОСТу 7219 — 69 изготовляют мощностью 35, 50, 65, 90 и 120 вт.

Ультразвуковой паяльник, явля­ющийся разновидностью электрического, получает сейчас рас­пространение, его можно изготовить в учебных мастерских. Рабо­чую часть этого паяльника прикрепляют к магнитострикционному излучателю ультразвуковых колебаний, состоящему из никелевых пластин и окруженному обмоткой, питающейся от генератора ультразвуковой (20... 30 кгц) частоты; спираль служит нагревателем рабочей части. Эффект магнитострикции (изменение размеров при намагничивании) вызывает ультразву­ковые колебания и в расплавляемом припое. Следствием этого является кавитация (нарушение сплошности расплавленного металла — пузырьки), разрушение пленки окислов и улучшение смачивания основного металла припоем.

По правилам техники безопасности напряжение питающего тока в учебных мастерских не должно превышать 36 в. Покупные паяльники, рассчитанные на 127... 220 в, следует переоборудо­вать. Работа электрическим паяльником производительнее и обеспечивает лучшее качество соединения, так как нагреваются спаиваемые места равномерно при постоянной температуре.

Паяние включает: а) выбор типа соединения; б) подготовку к паянию; в) выбор припоя и флюса; г) непосредственно паяние; д) обработку после паяния; е) контроль качества и испытание (при необходимости) соединения.

Выбор типа соединения определяется характером изделия. Так, мерные кружки и другие цилиндрические сосуды, воронки из тонкой жести имеют соединение взамок (с одинар­ным фальцевым швом), а иногда и шов внахлестку. В последнем случае края деталей накладывают друг на друга с напуском 2...5 мм. Когда нежелательно удваивать толщину металла паяно­го изделия, применяют стыковое соединение. Но из-за непроч­ности его используют редко (например, при соединении одно­жильных проводов, а также деталей под углом).

В подготовку изделия входит подгонка, очистка от гря­зи и жира соединяемых поверхностей и сборка для паяния.

Очищают напильниками, металлическими щетками, иногда шаберами, с последующей промывкой бензином или ацетоном. Шлифовальную шкурку применять нельзя, так как поверхность засаливается клеем Вместо промывки бензином можно обдуть воздухом. Необходимо учитывать, что припой лучше заполняет шероховатые поверхности, способствующие растеканию жидкого металла.

Выбор припоя и флюса обусловлены назначением соединяемых деталей и металлом, из которого они выполнены. Так, при паянии стальных, медных и латунных изделий допуска­ется использование всех перечисленных оловянно-свинцовых припоев с учетом их особенностей. В качестве флюса удобнее всего использовать хлористый цинк, а для проводов — канифоль. При паянии алюминия и его сплавов применяют смеси, состоя­щие из хлористого цинка, хлористого аммония и фтористого натрия.

Техника паяния. У паяльника перед нагревом необхо­димо напильником зачистить до блеска грани клина рабочей части. Клин обслуживают — покрывают тонким слоем припоя. Для этого паяльник нагревают до появления слабой сине-зеле­ной окраски (температура 300... 400° С). Контролируют нагрев прикосновением к нашатырю (последний должен зашипеть и дымить). Паяльник обтирают тряпочкой, смоченной в растворе хлористого цинка. Затем клин прижимают к прутку или ленте припоя до начала плавления и куском нашатыря растирают по граням клина тонким слоем захваченные капельки припоя (при отсутствии нашатыря можно использовать камень хлористого натрия — каменную поваренную соль, как это рекомендуется в детском паяльном наборе).

Собственно паяние начинается с нанесения кисточкой флюса на соединяемые поверхности. Потом к ним прикладывают нагре­тый облуженный паяльник. По мере нагрева соединяемых по­верхностей припой начинает стекать с паяльника, который сле­дует перемещать вдоль будущего шва. Если шов длинный, рядом с жалом паяльника можно помещать конец прутка припоя для непрерывного снабжения им мест паяния (делать надо акку­ратно, так как лишний припой сделает шов слишком толстым и непрочным).

Прекращают двигать паяльник сразу после заполнения шва ровным тонким слоем припоя.

После паяния шов промывают теплой водой.

Лужение. При лужении изделия из стали, меди и некоторых других металлов и сплавов покрывают тонкой пленкой олова или его сплавов со свинцом, сурьмой, кадмием.

Лудят при изготовлении белой жести (используемой в пище­вой промышленности), вулканизации оплетки медных проводов, перед заливкой вкладышей подшипников баббитом, для защиты изделий от коррозии, чтобы повысить качество паяния и для при­дания красивого внешнего вида.

Наиболее просто лудить, например, отвертки и другой инст­румент с целью предотвратить коррозию. Для этого стальной стержень отвертки механически очищают, смазывают травленой соляной кислотой и паяльником наносят припой, который расти­рают быстрым движением тряпочки, слегка смоченной в травле­ной соляной кислоте.

Лудить можно и горячим способом — погружением детали (изделия) в расплавленное олово, а также гальваностегическим способом — погружением детали в растворы, содержащие олово.

5.8. Склеивание металлов

Склеивание — один из старейших способов неразъемного со­единения поверхностей, получения конструкций, в которых дета­ли между собой скрепляют клеями.

В настоящее время склеивают практически все материалы, и, в первую очередь, конструкционные (например, сталь, алюмини­евые, магниевые и титановые сплавы, медь и ее сплавы, пласт­массы, стекло, древесину, бетон).

Различные металлы, листовой прокат разной толщины труд­но сваривать и паять. Еще сложнее соединять разнородные ма­териалы. В то же время склеивание позволяет получить герме­тичные, малозаметные и нетрудоемкие неразъемные соединения различных материалов. Так, балки моста через Москву-реку в районе Фили соединены на клею. Металлические клееные несу­щие лопасти вертолетов значительно повысили их надежность. Клеи используют при изготовлении электрооборудования, при­боров, кузовов автомобилей, космических аппаратов и других изделий.

Клеи, или клеевые композиции, состоят, как правило, из не­скольких компонентов, обеспечивающих сцепление, слипание клеящего вещества с соединяемыми поверхностями (адгезию) 1м внутри клеящего слоя (когезию).

Эмпирически адгезию оценивают величиной работы, затрачи­ваемой для разъединения склеенных поверхностей.

Наиболее часто применяют следующие конструкции клеевых соединений: внахлестку, усовое, с накладкой, телескопическое. Соединение встык менее надежно, и его редко используют.

Технологический процесс склеивания независимо от конст­рукции включает: подготовку поверхностей к склеиванию (очи­стка и обезжиривание), нанесение клея на соединяемые поверх­ности, выдержка после нанесения клея, сборка соединяемых де­талей, образование склеивающего слоя (отвердение) при повы­шенных или комнатных температурах и сдавливании (от 5 мин до двух суток), очистку шва от потеков клея, контроль качества соединения.

В качестве клеев чаще всего применяют синтетические веще­ства органического происхождения. Для придания необходимой текучести и вязкости в клеи вводят растворители, а для ускоре­ния отвердения используют катализаторы и отвердители.

Клеи обычно делят на термореактивные (клеи на основе тер­мореактивных полимеров), термопластичные и эластомерные. Очень популярны универсальные клеи БФ-2 и БФ-4 (ГОСТ 12172—74). Ими склеивают металлические и неме­таллические материалы, а также металлы с неметаллическими материалами, эксплуатируемыми при температурах 40... 60° С. Как и клей БФ-6 (применяемый для склеивания тканей), все клеи по ГОСТу 12172—74 фенолополивинилацетальные (спирто­вые растворы поливинилбутираля и резольной фенолоформальдегидной смолы).

Недостаток этих клеев — невысокая прочность при сдвиге (12,5... 13,0 Мн/м², или 125... 130 кгс/см², при 20° С и максимум 15,5 Мн/м², или 155 кгс/см², для высшего сорта) и необходимость высоких температур для образования склеивающего слоя.

Распространены и клеи, не требующие нагрева в процессе со­единения, но их использование предъявляет более высокие требо­вания к охране труда. К таким быстро твердеющим при комнат­ной температуре клеям относятся: циакрин ЭО (на основе эти­лового эфира альфа-цианокриловой кислоты), клей ВК-9 и эпок­сидные композиции (на основе эпоксидных смол ЭД-6, Э-40 и др.).

Детали конструкций, работающих при температурах 200 и даже 300° С, можно соединять клеем ВС-10Т (ГОСТ 5.581—70), которому присвоен Знак качества. Данным клеем можно соеди­нять стали, дюралюминий, пластмассы между собой и в сочета­нии друг с другом в конструкциях, работающих по 200 ч при температурах 200° С с нагрузками на сдвиг 6,5 Мн/м² (65 кгс/см²). В частности, таким клеем крепят фрикционные на­кладки к стальным тормозным колодкам.

При всех достоинствах перечисленных клеев пока не устра­нено их старение со временем. Применение пульверизаторов, специальных прессов, термостатов и другой сложной оснастки повышает качество клееных соединений и производительность труда, но все это оправдано в крупносерийном или массовом про­изводстве. Тем не менее и в учебных мастерских, где почти всю работу по созданию неразъемных соединений осуществляют вручную, склеивание является перспективным процессом, с кото­рым должен познакомиться каждый студент. Однако склеивать даже мелкие детали надо в резиновых или полиэтиленовых пер­чатках на бязевой подкладке, в вытяжном шкафу.

5.9. Сваривание металлов

Сварка — это процесс образования неразъемного сое­динения деталей путем их местного сплавления или сов­местного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами (молекулами) соединяе­мых тел. Существует много различных методов сварки, ко­торые подразделяются на две основные группы: сварка плавлением и сварка пластическим деформированием. Ос­тальные методы являются их разновидностями или ком­бинациями.

Сварка плавлением. При сварке плавлением осуществ­ляется местный нагрев соединяемых деталей до темпера­туры плавления и сварной шов образуется путем смешения жидких фаз металлов.

Сварка пластическим деформированием. При этом виде сварки шов образуется посредством сдавливания деталей. Она может производиться с предварительным местным на­гревом деталей или без него (холодная сварка).

По способу местного нагрева деталей сварку подраз­деляют на электрическую (нагрев в результате действия электрического тока), газовую (нагрев пламенем горяще­го газа) и другие виды. Самыми распространенными видами электрической сварки являются электродуговая и электроконтактная.

Электродуговая сварка.

Для расплавления кромок соединяемых деталей при электродуговой сварке ис­пользуют теплоту электри­ческой дуги, питаемой по­стоянным или переменным током.

Питание дуги электриче­ским током (напряжением 30... 60 В) осуществляется непосредственно от специ­альных сварочных генерато­ров или через понижающие которые обеспечивают резкое падение напряжения при возрастании силы тока. Это условие необходимо для ус­тойчивого и непрерывного горения дуги даже при неко­торых изменениях ее длины из-за колебаний руки свар­щика. Кроме того, ток короткого замыкания, неизбежный при зажигании дуги, становится неопасным для исправ­ности генератора или трансформатора.

От сварочного аппарата электрический ток, достигаю­щий нескольких сот ампер и мощностью не менее 5... 10 кВт, подводится к электроду и свариваемому изделию. Прикосновение электрода к изделию приводит к образо­ванию дуги с температурой 5000... 6000 °С. Тепло элект­рической дуги расплавляет кромки свариваемых деталей и конец электрода, при этом металл электрода заполняет углубление между деталями и образует шов.

Электроды, применяемые при электродуговой сварке, представляют собой металлические стержни со специаль­ным покрытием (обмазкой). Покрытие в процессе плав­ления электрода способствует ионизации газового проме­жутка дуги, а также защищает шов от окисления и выго­рания углерода из металла.

Для сварки стали обыкновенного качества применяют электроды с обмазкой из мела и жидкого стекла. Размеры наиболее часто используемых электродов колеблются в пределах: диаметр 2,5... 12 мм, длина 350... 450 мм.

Процесс сварки деталей вручную требует от работаю­щего определенных навыков в выполнении сразу несколь­ких движений. Одновременно с перемещением вдоль своей оси для поддержания постоянной длины дуги электрод перемещают и вдоль шва для заполнения последнего рас­плавленным металлом. Для образования широкого шва требуются движения электрода поперек шва (чтобы запол­нить весь шов металлом). Для повышения производительности труда применяют автоматическую сварку, при ко­торой указанные движения выполняются сварочным ав­томатом.

В зависимости от характера шва сварные соединения подразделяют на стыковое, внахлестку, тавровое и угло­вое.

При стыковом соединении необходима специальная под­готовка кромок свариваемых деталей, чтобы получить прочный шов.

Для сварки листов толщиной 2... 5 мм применяют сое­динение без скоса кромок. Расплавленный металл запол­няет просвет между листами. Изделия толщиной 5... 15 мм требуют подготовки кромок в виде V-образных скосов. При этом металл заполняет образованное углубление и прочно соединяет детали по всей толщине шва. Х-образные скосы применяют для сварки деталей толщиной более 15 мм. В этом случае сварка производится с обеих сторон.

Электроконтактная сварка. Она отличается от электро­дуговой тем, что здесь для местного нагрева соединяемых деталей используют теплоту, выделяющуюся в точке наи­большего сопротивления электрической цепи. Если к сое­диняемым деталям подвести электрический ток и сблизить их до соприкосновения, то место соприкосновения и будет этой точкой наибольшего сопротивления. Различают три вида контактной свар­ки: стыковую, точечную и шовную.

Стыковую сварку осуще­ствляют электрическим то­ком напряжением 5... 15 В через понижающий транс­форматор. Ток подводят к свариваемым деталям, ко­торые затем сближают до соприкосновения. Через несколько секунд в месте контакта (стыка) достигается температура начала плавления метал­ла. Выключив ток, детали сдавливают друг с другом и та­ким образом получают сварное соединение.

При точечной сварке соединяемые детали зажимают между электродами, к которым подведен ток напряжением 2... 10 В. Вследствие большого сопротивле­ния в месте контакта происходит нагрев металла в этой точке до температуры сварки. Затем под действием силы сжатия Р детали свариваются.

Электроды изготовляют из медного сплава с большим поперечным сечением, и благодаря высокой тепло- и элект­ропроводности сами они не привариваются к соединяемым деталям.

Электроконтактная сварка широко применяется для сое­динения деталей из листового металла. Простота выпол­нения сварного соединения, несложность конструкции ап­парата для точечной сварки, а также относительная без­опасность процесса (по сравнению, например, с электродуговой сваркой) позволяют использовать электроконтакт­ную сварку даже в условиях школьных учебных мастер­ских.

Шовная сварка отличается от точечной тем, что в ап­парате (шовной машине) электроды выполнены в виде вращающихся роликов, между которыми пропускаются свариваемые листы. Главное преимущество шовной свар­ки — образование сплошного герметического шва.

Газовая сварка. При газовой сварке кромки сваривае­мых заготовок и присадочный материал расплавляются за счет теплоты пламени, образуемой при сгорании смеси го­рючих газов с кислородом. В качестве горючего газа чаще используются ацетилен, обладающий большей теплотворной способностью, чем природный газ или пары бензина и керосина.

Основной инструмент газосварщика — это газовая го­релка, в которой горючий газ смешивается с кислородом и, сгорая, образует сварочное пламя.

Газовой сваркой соединяют заготовки из стали толщи­ной 0,5... 3 мм, чугуна, алюминия, меди и их сплавов, а также сплавов на основе магния.

Лекция 8 (2 часа)