Книга. Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка
 Скачать 6.42 Mb.
|
|
Режимы резки Основные показатели режима резки – это давление режущего кислорода и скорость резки, которые определяются толщиной разрезаемой стали. Величина давления кислорода зависит от конструкции резака, применяемых мундштуков, величины сопротивлений в кис- лородоподводящих коммуникациях и арматуре. На скорость резки влияют также: метод резки (ручной или машинный); форма линии реза (прямолинейная или фасонная) и, наконец, вид резки (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая). Кислородную резку производят резаком, представляющим собой специальную свароч- ную горелку с дополнительным устройством для подвода к соплу кислорода. Резаки клас- сифицируют по следующим признакам: – виду резки – разделительной, поверхностной, кислородно-флюсовой; – назначению – для ручной резки, механизированной резки, специальные; – роду горючего – для ацетилена, газов-заменителей, жидких горючих (пары бензина, керосина); – принципу действия – инжекторные, безынжекторные; – давлению кислорода – высокого, низкого; – конструкции мундштуков – щелевые, многосопловые. Наиболее популярны универсальные инжекторные ручные резаки со щелевыми мунд- штуками (см. рис. 31, е). Резак состоит из рукоятки, газоподводящих трубок, корпуса с венти- лями и головки, в которую ввертываются мундштуки. Применяют два основных типа мунд- штуков: с кольцевым подогревательным пламенем или щелевые и многосопловые. Щелевые мундштуки состоят из внутреннего и наружного мундштуков, которые ввертываются на резьбе в головку резака или присоединяются к ней накидной гайкой. По кольцевому зазору между наружным и внутренним мундштуками поступает горючая смесь подогревательного пламени. По центральному каналу внутреннего мундштука подается струя кислорода, в которой сгорает разрезаемый металл. Многосопловые мундштуки хорошо работают при высоких температурах и не дают обратных ударов пламени даже при сильном нагревании, но более трудоемки в изготовлении и потому стоят дороже. Ориентировочные режимы ручной резки приведены в табл. 24, а рекомендации по выбору мундштуков для резки на заменителях ацетилена – в табл. 25. Точнее режимы выби- рают согласно технической документации на конкретный резак. Скорость ручной резки можно также приближенно определять по формуле: Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 109 где S – толщина разрезаемой стали, мм. Техника ручной резки Разрезаемый лист укладывают на подкладки, выверяют по горизонтали и, если нужно, закрепляют. Затем лист по линии реза очищают от окалины, ржавчины, грязи, которые уменьшают точность и ухудшают качество реза. Лист размечают, нанося на нем мелом или чертилками контуры вырезаемых деталей. Подбирают номера наружного и внутреннего мундштуков. Резку обычно начинают с кромки листа. Если же нужно начать с середины листа (например, при вырезке фланцев), то сначала в листе прожигают кислородом отверстие, а затем вырезают нужную фигуру. Нагревают металл в месте, откуда ведут резку, а затем пус- кают режущую струю кислорода. Вслед за этим начинают перемещать резак по намеченной линии реза, прожигая металл на всю толщину. Если резку начинают с кромки, время началь- ного подогрева металла толщиной 5—200 мм составляет от 3 до 10 с (при работе на ацети- лене). При пробивке отверстия в листе струей кислорода это время увеличивается в 3–4 раза. Резак следует перемещать равномерно. Если двигать его слишком быстро, то соседние участки металла не будут успевать нагреваться, кислородная струя будет отставать, обра- зуются непрорезанные до конца участки и нарушится непрерывность резки. При слишком медленном перемещении резака кромки будут оплавляться, и разрез получится неровным, с большим количеством шлака. О скорости резки можно судить по выбросу шлака (рис. 35). Рис. 35. Характер выброса шлака: а – скорость резки мала; б – оптимальная скорость; в – скорость резки велика Мощность подогревающего пламени определяется условиями резки и должна увели- чиваться с увеличением толщины металла. Для легированных сталей, а также при увеличе- нии скорости резки мощность пламени должна быть больше, чем для низколегированных сталей и небольшой скорости резки. Но слишком увеличивать мощность подогревающего пламени тоже не следует, так как это ведет к излишнему расходу газов и оплавлению верх- них кромок реза. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 110 Состав подогревающего пламени тоже важен. При резке стали больших толщин подо- гревающее пламя следует регулировать с максимальным избытком горючего газа в смеси; это увеличивает длину факела и способствует прогреву металла на всю толщину. Важное значение для резки имеет давление режущего кислорода. При недостаточном давлении струя кислорода не сможет выдуть шлаки из места реза и металл не будет прорезан на всю толщину. При слишком большом давлении увеличивается расход кислорода, а разрез получается менее чистым. Давление кислорода зависит от толщины разрезаемого металла, и его подбирают согласно документации на газовый резак (см. табл. 24). При разрезании металла большой толщины или пакета листов торец металла в плос- кости реза нужно хорошо подогреть, особенно в нижней части. Концентрация кислорода в режущей струе уменьшается по мере удаления от верхней кромки разрезаемого металла. Поэтому при резке металла толщиной свыше 300 мм очень важно увеличить ту длину струи, на протяжении которой концентрация кислорода остается высокой. Этому способствует обо- лочка из подогревающего пламени, факел которого окружает режущую струю и как бы сжимает ее. Чем длиннее этот факел, тем длиннее участок струи с высокой концентрацией кислорода и тем большую толщину металла режет такая струя. Удлинение факела зависит от увеличения часового расхода горючего. Наибольшая длина режущей способности струи получается при расходе кислорода 80 м 3 /ч и ацетилена 8 м 3 /ч. В любом случае для обеспечения высокого качества реза расстояние между мундшту- ком и поверхностью разрезаемого металла необходимо поддерживать постоянным (табл. 26). Для этого многие резаки комплектуются направляющими тележками. По окончании резки поверхность металла очищают стальной щеткой от окалины и остатков шлака. Наплывы, образующиеся на нижней кромке металла, срубают зубилом. Деформация металла при резке Вследствие неравномерного нагрева металла при резке происходят деформации, кото- рые могут вызывать искажение формы детали и отклонение ее размеров от заданных. Для уменьшения деформаций необходимо: – жестко закреплять вырезаемые детали с помощью упоров, шпилек, струбцин, экс- центриковых или пневматических зажимов, клиньев и пр.; – оставлять перемычки (непрорезанные участки) между соседними частями листа, из которых вырезаются детали; – резать крупногабаритные детали одновременно несколькими машинами; – мелкие детали вырезать не из целого листа, а из предварительно нарезанных прямо- угольных заготовок (карт); – отдельные участки контура детали резать в такой последовательности, при которой деформации действовали бы в противоположных направлениях и по возможности взаимно уничтожались. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 111 Конструирование любительских сварочных аппаратов Купить электросварочный аппарат хоть импортного, хоть отечественного производства несложно. Но хорошие аппараты стоят дорого, а дешевые не всегда обеспечивают должное качество сварочных работ. Поэтому вполне понятен интерес к любительским конструкциям сварочных трансформаторов и выпрямителей. Собранные самостоятельно сварочные агрегаты в основной своей массе обладают выраженной спецификой по сравнению со своими собратьями промышленного изготовле- ния. На первое место здесь зачастую ставят не тщательность расчета параметров конструк- ции и соблюдение технологии изготовления, а возможность достать тот или иной компонент будущей конструкции своего сварочного аппарата. Особенно актуальна экономия финан- совых средств и материалов. Делать трансформатор чаще всего приходится из того, что есть, а не из того, из чего следовало бы. Многие конструкции собирают из материалов, ничего общего до того со сварочным делом, а то и с трансформаторами вообще не имевших. При изготовлении самоделок параметры их компонентов подстраиваются под уже имею- щиеся в наличии материалы – в основном под магнитопровод. Параметры элементов неко- торых сварочных трансформаторов могут сильно выходить за рамки рекомендуемых стан- дартными методиками значений. А для некоторых схем, нашедших признание в кустарном производстве, никакие стандартные методики вообще не разработаны. К тому же индиви- дуально изготовленные сварочные аппараты (далее – СА), как правило, соответствуют кон- кретным нуждам того или иного изобретателя. Всё это обусловливает разнообразие кон- струкций любительских сварочных аппаратов. И хотя зачастую трансформаторы собирают не из самого лучшего трансформаторного железа, их мотают не самым подходящим прово- дом, они усиленно греются и вибрируют, главное – они работают. Их характеристики нахо- дятся на приемлемом рабочем уровне, а в случае необходимости могут быть подправлены. Не претендуя на применение в высокотехнологичном производстве, такие СА вполне и с успехом можно использовать в бытовых целях, сэкономив своему владельцу немало времени и средств для проведения тех или иных хозяйственных работ. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 112 Проектирование сварочных аппаратов Исходные данные Любительские СА должны удовлетворять ряду требований, основные из которых сле- дующие: относительная компактность и небольшой вес; достаточная продолжительность непрерывной работы от сети 220 В (не менее 5–7 электродов ∅3–4 мм). Вес и габариты аппа- рата могут быть снижены благодаря уменьшению его мощности, а увеличение продолжи- тельности работы – благодаря использованию стали с высокой магнитной проницаемостью и теплостойкой изоляции обмоточных проводов. Эти требования несложно выполнить, зная основы конструирования сварочных аппаратов и придерживаясь предлагаемой технологии их изготовления. Итак, для нормальной работы сварочного аппарата необходимо: – обеспечить выходное напряжение для надежного зажигания дуги. Для любитель- ского СА U xx = 60–65 В. Более высокое выходное напряжение холостого хода обычно не рекомендуется, что связано в основном с обеспечением безопасности работы. Однако для придания устойчивости горения дуги на малых токах желательно иметь повышенное напря- жение холостого хода U xx сварочной обмотки (до 70–75 В, как у промышленных СА); – обеспечить напряжение сварки U св , необходимое для устойчивого горения дуги. В зависимости от диаметра электрода U св = 18–24 В; – обеспечить номинальный сварочный ток I св = (30–40)×d э , где I св – величина свароч- ного тока, А; 30–40 – коэффициент, зависящий от типа и диаметра электрода (d э ), мм; – ограничить ток короткого замыкания Iкз, величина которого не должна превышать номинальный сварочный ток более чем на 30–35 %. Разумеется, устойчивое горение дуги возможно лишь в том случае, если сварочный аппарат будет обладать падающей внешней характеристикой (см. рис. 9). Универсальный трансформаторный СА на токи от 15–20 до 180–200 А собрать доста- точно сложно. Для грубого (ступенчатого) перекрытия диапазона сварочных токов необ- ходима коммутация как первичных обмоток, так и вторичных (что конструктивно более сложно из-за большого протекающего в ней тока). Кроме того, в промышленных СА для плавного изменения тока сварки в пределах выбранного диапазона используют механиче- ские устройства перемещения обмоток. При удалении сварочной обмотки относительно сетевой увеличиваются магнитные потоки рассеивания, что приводит к снижению тока сварки. Поэтому, конструируя любительский СА, не следует стремиться к полному перекры- тию диапазона сварочных токов. Целесообразно на первом этапе собрать простой свароч- ный аппарат переменного тока для работы с электродами ∅2–4 мм, а на втором этапе допол- нить его выпрямительным устройством. В случае же необходимости работы на малых токах сварки аппарат оснащают отдельным выпрямителем с плавным регулированием сварочного тока. Приступая к сборке трансформатора, разумным будет установить для себя предел выходного тока и мотать обмотки под выбранную мощность. При этом следует учитывать, что не каждая электросеть может выдержать аппетиты мощных СА. С увеличением мощно- сти растет степень нагрева и износа трансформатора, необходимы более толстые и дорогие провода, увеличивается вес, да и никакой трансформатор от однофазной сети не способен развить ток выше 200 А. Золотой серединой здесь может быть мощность трансформатора, Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 113 достаточная для работы наиболее популярным электродом ∅3 мм, для чего понадобится выходной ток 120–130 А. Конструктивные особенности сварочных трансформаторов Основным элементом классического сварочного источника переменного тока является специализированный сварочный трансформатор (далее – СТ). По характеру устройства маг- нитного сердечника различают трансформаторы броневого (рис. 36, а) и стержневого типов (рис. 36, б – в). Трансформаторы стержневого типа имеют более высокий КПД и допускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому СТ чаще всего бывают именно стержневого типа. По характеру устройства обмоток различают трансформаторы с цилиндрическими, разнесенными и дисковыми обмотками. В трансформаторах с цилиндрическими обмотками одна обмотка намотана поверх другой (рис. 37, а). Так как обмотки находятся на минимальном расстоянии друг от друга, то практически весь магнитный поток первичной обмотки сцепляется с витками вторич- ной обмотки. Только очень небольшая его часть, называемая потоком рассеяния, протекает в зазоре между обмотками и не связана со вторичной обмоткой. Такой трансформатор имеет жесткую характеристику, и ток короткого замыкания на вторичной обмотке более чем в 10 раз превосходит рабочий ток трансформатора. В этом случае для получения крутопадающей внешней характеристики дополнительно приходится использовать дроссель переменного тока. Рис. 36. Магнитопроводы сварочных трансформаторов: а – сердечник броневого типа (с обмоткой); б – сердечник стержневого типа; в – торо- идальный сердечник (a, b – размеры сердечника (керна); с, d – размеры окна); г – пластины Г-образной формы; д – пластины П-образной формы; е – набор из полос трансформаторной стали Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 114 В ранних сварочных источниках такой дроссель присутствовал как независимый кон- структивный элемент, дополнительно увеличивающий массу и габариты сварочного источ- ника. Позже в качестве дросселя стали использовать индуктивность рассеяния самого СТ. Для получения требуемой величины индуктивности рассеяния обмотки трансформатора стали разносить на разные стержни или выполнять в виде дисков. В трансформаторах с разнесенными обмотками (рис. 37, б) первичная и вторичная обмотки находятся на различных стержнях. Так как обмотки удалены друг от друга, то зна- чительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана со вторичной обмоткой. Еще говорят, что эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние. Индук- тивности рассеяния обмоток имеют значительную величину, и их реактивное сопротивление гораздо сильнее влияет на ток трансформатора, чем в случае трансформатора с цилиндриче- скими обмотками. Трансформатор с разнесенными обмотками имеет падающую внешнюю характеристику, где рабочий ток составляет около 80 % от тока короткого замыкания (КЗ). В трансформаторах с дисковыми обмотками (рис. 37, в) первичная и вторичная обмотки тоже удалены друг от друга, но на меньшее расстояние, чем в предыдущем случае. Поэтому по величине индуктивности рассеяния трансформаторы с дисковыми обмотками занимают промежуточное положение. Они также имеют падающую внешнюю характери- стику, но их рабочий ток составляет примерно 50 % от тока КЗ. Для ступенчатой регулировки сварочного тока обмотки трансформатора можно делать с отводами и затем эти отводы переключать. Для плавной регулировки сварочного тока можно использовать регулируемый магнитный шунт, располагаемый в зазоре между обмот- ками, или, в случае трансформатора с дисковыми обмотками, изменять расстояния между обмотками, которые в этом случае выполняются подвижными. В качестве магнитопровода самодельных СТ можно применить набор П– или Ш-образ- ных пластин из трансформаторной стали, тороиды, намотанные из трансформаторной сталь- ной ленты, статоры асинхронных двигателей и т. д. Оптимальными считаются характери- стики двухстержневых магнитопроводов, собранных из пластин трансформаторной стали в форме прямоугольного «окна». Расположение половин первичной и вторичной обмоток на двух стержнях магнитопровода способствует крутопадающей характеристике сварочного тока. К тому же они наиболее технологичны в исполнении. П-образный сердечник набирают из пластин электротехнической стали толщиной 0,27 —0,55 мм, которые могут быть различной конфигурации (рис. 36, г – е). Пластины стяги- вают в пакет шпильками, которые должны быть изолированы от сердечника. При подборе сердечника необходимо учитывать площадь поперечного сечения сердечника (керна) (см 2 ) и размеры окна, чтобы поместились обмотки сварочного аппарата. Широкое распространение получили также любительские сварочные аппараты на сер- дечниках тороидального типа (рис. 36, в). Такие магнитопроводы обладают более высокими электротехническими характеристиками, чем у стержневого (примерно в 4–5 раз выше), и меньшими электропотерями. Однако трудозатраты на их изготовление выше. Это связано в первую очередь с размещением обмоток на торе и сложностью самой намотки. Сердечники изготовляют из ленточного трансформаторного железа, свернутого в рулон в форме тора. Примером может служить сердечник от мощного автотрансформатора ЛАТР. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 115 Рис. 37. Виды обмоток стержневых трансформаторов: а – цилиндрические; б – разнесенные; в – дисковые Заслуживают внимания и любительские СА, изготовленные на базе статоров асинхрон- ных трехфазных электродвигателей большой мощности (более 10 кВт). Выбор сердечника определяется площадью поперечного сечения статора S. Штампованные пластины статора не в полной мере соответствуют параметрам электротехнической трансформаторной стали, поэтому уменьшать сечение S менее 40–45 см нецелесообразно. |