Строительные материалы .ру

Газовая и термитная сварка

Газовая сварка — нагрев и расплавление металла свариваемых мест изделия за счет теплоты, выделяемой при сгорании в кислороде горючих газов (ацетилена, светильного газа, паров бензина, водорода и др.). Чаще всего в практике используется газ — ацетилен, доставляемый к месту сварки в баллонах (давление 1,6... ...2,2 МПа) или получаемый на месте путем воздействия воды на карбид кальция. Смешение ацетилена и кислорода (1,1 : 1,2) производится в специальной горелке и по выходе из нее происходит горение с температурой 3100 °С. При подготовке мест сварки они тщательно очищаются от грязи, жира, ржавчины. Сварную проволоку применяют близкую по составу металла свариваемых изделий. Сварной шов должен медленно и равномерно охлаждаться.
Газопрессовая сварка представляет собой процесс, при котором детали нагреваются в местах соединения многопламенными горелками до оплавления с одновременным воздействием сжимающих усилий.
Газовая резка представляет собой разделение металла путем прожигания в нем шва струей сжатого кислорода, для чего металл предварительно нагревают до воспламенения, используя газовую горелку. Условия газовой резки следующие: температура воспламенения должна быть ниже температуры плавления металла, оксиды металлов должны плавиться при более низкой температуре, чем сам металл. Этим требованиям удовлетворяют малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, не удовлетворяют чугуны и цветные сплавы. Оборудование для резки то же, что и при газовой сварке, только горелка заменяется резаком. Кислородная резка может применяться не только на воздухе, но и под водой.
Термитная сварка, т. е. сварка с помощью термита— смеси оксида железа (75...80%) и порошкообразного металлического алюминия (20...25 %). После воспламенения смеси специальным запалом в результате реакции восстановления железа: Fe203+2Al=2Fe+2Al2Q3 происходит экзотермическая реакция, температура в тигле достигает 3000°С, осуществляется сварка металлических деталей, при этом производят их стягивание.

Электроконтактная сварка

Электроконтактная сварка обеспечивает неразъемное соединение металлов за счет теплоты, выделяемой электрическим током высокой плотности и незначительным напряжением 0,5... 10 В с приложением механических усилий в контактах.

Электроконтактная сварка может быть полностью механизирована и автоматизирована. Различают следующие основные виды электроконтактной сварки: стыковая, точечная,   роликовая(шовная)
Стыковая электросварка характеризуется соединением свариваемых изделий по всей поверхности соприкосновения. Сварка может быть двух видов —сопротивлением или плавлением. В первом случае изделия помещаются в зажимы машины и прижимаются друг к другу, а затем включается ток. После нагрева изделий до пластического состояния в местах контакта происходит сварка. Во втором случае расплавление металла в местах контакта происходит при непрерывном сближении торцов свариваемых изделий, после полного сближения происходит сварка при их механическом сжатии. Чаще всего стыковая сварка применяется при сварке арматурных стержней для железобетонных конструкций.
Точечная электросварка представляет собой вид контактной сварки, при которой соединяемые металлические изделия свариваются в отдельных точках с применением медных электродов. Чаще всего этот вид электросварки используется для соединения «внахлестку» изделий небольшой толщины и в местах пересечения арматуры. Качество сварки зависит от правильного выбора режима, давления, диаметра электрода и других факторов.
Роликовая (шовная) электросварка используется при необходимости соединения металлических листов. Электроды в этом случае имеют форму роликов диаметром 40...350 мм. Качество сварки обеспечивается правильным режимом сварки, выбором давления, диаметра ролика, скорости движения и др.

Электродуговая сварка

Электродуговая сварка основана на тепловом эффекте электрической дуги, возникающей между основным металлом и угольным электродом (способ Н. Н. Бенардоса) и между основным металлом и металлическим электродом (способ Н. Г. Славянова). В первом случае необходим присадочный материал, который, смешиваясь с основным металлом, образует сварной шов. Во втором случае металлический электрод одновременно служит и присадочным металлом. Для большей устойчивости дуги и защиты наплавленного металла от вредного действия кислорода и азота воздуха производится защита электрода специальными покрытиями на основе газообразующих, шлакообразующих, легирующих, связующих веществ. Наиболее простым покрытием является смесь мела и жидкого стекла. Толщина покрытия 0,15...1,5 мм для тонких покрытий, когда же требуются повышенная устойчивость дуги, высокая пластичность и высокая ударная вязкость, применяют электроды с толстыми покрытиями. Диаметр электрода 1...12мм в зависимости от толщины свариваемого металла. Температура дуги при металлическом электроде 2400... ...2600 °С, а угольном —3800...3900 °С.
Сварка может производиться как на переменном, так и на постоянном токе с применением специальных трансформаторов, генераторов и т. п.
Для повышения производительности сварки и качества сварного шва применяют автоматизацию и сварку под слоем флюса. Современные типы автоматов с непрерывным электрическим регулированием состоят из самоходной тележки, на которой смонтирована кассета для электродной проволоки, бункер для флюса и другие вспомогательные приспособления. Проволока подается автоматически по мере ее сгорания, подача регулируется напряжением тока в дуге. Скорость сварки 10...70 м/ч. Устойчивость дуги гарантируется наличием флюса. Состав распространенного флюса: 43...48 % МпО, 38...43 % Si02, 9...10 % CaF2 и примесей 3...5 %. Автоматическая сварка и сварка под слоем флюса увеличивает производительность сварки в 5... 10 раз против ручной сварки и значительно повышает качество металла шва.

Общие сведения о сварке металлов,виды сварки

Для изготовления металлических строительных конструкций, арматурных каркасов для железобетона большое развитие получила сварка — процесс получения неразъемных соединений металлических изделий с применением местного нагрева до плавления или до пластического состояния. Сварка обеспечивает надежное соединение, дает экономию металла, способствует механизации и резкому снижению трудоемкости производства работ при изготовлении конструкции. В нашей стране до 90 % металлоконструкций изготовляют сварными. Свариваемость металлов зависит от их химического состава, теплопроводности, усадки, теплового расширения, методов и режимов, применяемых при сварке. В зоне сварки меняется структура металла в зависимости от температуры и времени охлаждения. Для получения необходимой структуры пользуются последующей термообработкой (закалка, отпуск, отжиг, нормализация). Лучше всего свариваются малоуглеродистые стали (С<0,2%), стали с большим содержанием углерода (С>0,4%), а также чугуны, предварительно подогретые. Наличие примесей ухудшает свариваемость металлов. Легированные стали не допускают перегрева, так как может быть выгорание специальных элементов, самозакаливаемость, появление трещин. Сварка чугунов требует специальных присадочных материалов (кремния 3%), стальной проволоки и предварительного подогрева до 600... ...700 °С, чтобы устранить внутренние напряжения и предотвратить образование трещин рядом со сварным швом. Сварка цветных металлов имеет свои особенности. Так, алюминиевые сплавы легко окисляются, а потому перед сваркой оксидную пленку следует удалять, при быстром нагреве происходит размягчение и потеря формы и др.
В зависимости от источника теплоты сварка может быть- электрическая (электродуговая, электроконтактная); химическая (газовая, термитная); электрохимическая' (атомно-водородная); электромеханическая (кузнечная, давлением); лучевая (лазерная). Наиболее распространены электродуговая сварка плавлением с применением металлического электрода и электроконтактная сварка. Газовую сварку применяют для сварки чугуна, цветных металлов и стальных деталей малой толщины.

Защита металла от коррозии. Легирование стали, металлические покрытия

Защиту от коррозии следует начинать с правильного подбора химического состава и структуры металла. При конструировании необходимо избегать форм, способствующих задержке влаги. Для защиты металла от коррозии применяют различные способы.
Легирование стали повышает ее антикоррозионные свойства. Например, совершенную стойкость к атмосферной коррозии показывают нержавеющие легированные стали, содержащие в большом количестве хром, который, образуя на поверхности оксидные пленки, приводит сталь в пассивное состояние. Существенно повышается (в 1,5...Зраза) коррозионная стойкость строительных сталей при введении в их состав меди (0,2...0,5 %). Повышенной стойкости нержавеющих сталей против коррозии способствуют также их однородность и небольшое содержание вредных примесей.
Защитные покрытия представляют собой пленки (металлические, оксидные, лакокрасочные и т.п.).
Металлические покрытия бывают двух типов — анодные и катодные. Для анодного покрытия используют металлы, обладающие более отрицательным электродным потенциалом, чем основной металл (например, цинк, хром). Для катодного покрытия выбирают металлы, имеющие меньшее отрицательное значение электродного потенциала, чем основной    металл   (медь, олово,свинец, никель и др.). Металлические покрытия наносят горячим методом, гальваническим и металлизацией.
При горячем методе покрытия изделия погружают в ванну с расплавленным защитным металлом, температура которого ниже, чем температура плавления изделия (цинк, олово, свинец).
Гальванический метод защиты состоит в том, что на поверхности изделия путем электролитического осаждения из растворов солей создается тонкий слой защищаемого металла. Покрываемое изделие при этом служит катодом, а осаждаемый металл — анодом.
Металлизация — покрытие поверхности детали расплавленным металлом, распыленным сжатым воздухом. Преимуществом этого метода защиты металла является то, что покрывать расплавом можно уже собранные конструкции. Недостаток заключается в том, что получается шероховатая поверхность.
Металлические покрытия можно наносить также посредством диффузии металла покрытия в основной металл — алитирование, силицирование, хромирование,
а также способом плакирования, т.е. наложения на основной металл тонкого слоя защитного металла (биметалл) и зарепления его путем горячей прокатки (например, железо — медный сплав, дюралюминий— чистый алюминий).

Защита металла от коррозии. Оксидирование, фосфотирование

Оксидирование — защита оксидными пленками. Для этого естественную оксидную пленку, всегда имеющуюся на металле, делают более прочной путем обработки сильным окислителем, например концентрированной азотной кислотой, растворами марганцевой или хромовой кислот и их солей. Частным случаем оксидирования является воронение стали. В этом случае на поверхности также создается оксидная пленка, но более сложными приемами, связанными с многократной термической обработкой при температуре 300...400°С в присутствии древесного угля.
Фосфатирование состоит в получении на изделии поверхностной пленки из нерастворимых солей железа или марганца в результате погружения металла в горячие растворы кислых фосфатов железа или марганца.

Защита металла от коррозии.Лакокрасочные покрытия

Лакокрасочные покрытия основаны на механической защите металла пленкой из различных красок и лаков. Ванны, раковины, декоративные изделия для защиты от коррозии покрывают эмалью, т. е. наплавляют на металл при температуре 750...800°С различные комбинации силикатов.
При временной защите металлических изделий от коррозии (транспортировании, складировании) используют для покрытия металла невысыхающие масла (технический вазелин, лак этиноль), а также ингибиторы, т. е. вещества, замедляющие протекание реакции (нитрит натрия с углекислым аммонием, с уротропином, ин-гибиторную бумагу и др.).

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия — это разрушение сплава, сопровождающееся появлением электрического тока в результате работы множества микрогальванических элементов на корродирующей поверхности металла.
На скорость растворения металла в электролите влияют примеси, способы обработки металла, концентрация электролитов. Металл, находящийся под нагрузкой, корродирует значительно быстрее ненагруженного, так как нарушается целостность защитной пленки и образуются микротрещины (коррозионное растрескивание). Разрушение металла одновременным воздействием знакопеременных нагрузок и коррозионной среды называют коррозионной усталостью.

В зависимости от характера окружающей среды электрохимическая коррозия может быть подводной, атмосферной, почвенной, вызванной блуждающими токами. Электрохимическая коррозия металлов в воде обусловливается присутствием в ней растворенного кислорода. При атмосферной коррозии электролитом служит тонкая пленка влаги, сам же процесс коррозии ничем не отличается от коррозии в воде.
В результате коррозии стали на ее поверхности появляется смесь различных гидратированных оксидов железа.
Активному протеканию процесса коррозии способствует углекислый и в особенности сернистый газы, хлористый водород, различные соли.

Химическое разрушение стали

В процессе химического разрушения на поверхности металла образуется пленка из продуктов коррозии, обычно оксидов. В некоторых случаях эта пленка может защищать лежащий под ней металл от дальнейшей коррозии. Сравнительно плотные оксиды пленки образуются на поверхности алюминия, свинца, олова, никеля, хрома. При окислении железа в сухом воздухе или в атмосфере сухого кислорода образуется также достаточно плотная пленка, но она по мере роста растрескивается и отслаивается от металла. Чаще всего химическая коррозия происходит в среде сухих газов при высокой температуре (металлическая арматура печей, клапаны двигателей, лопатки газовых турбин и т.п.) или в жидкостях неэлектролитов (окисление металла в спирте, бензине, нефти, мазуте и т. п.).
При электрохимической коррозии металл разрушается вследствие его растворения в жидкой   среде, являющейся электролитом. Сущность процесса электрохимической коррозии заключается в том, что    атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки металла, при контакте с раствором электролита переходят в раствор в форме ионов, оставляя эквивалентное количество электронов в металле. Переход атомов металла в ионы и растворение их в жидком электролите определяется величиной нормального электродного   потенциала.   Он характеризует то напряжение электрического тока, которое надо приложить к границе раздела твердого   металла с жидким электролитом, чтобы воспрепятствовать переходу иона металла в   раствор.   Чем отрицательнее нормальный электродный   потенциал,  тем более  резко выражено стремление металла к растворению в электролитах (например, свинец растворяется значительно медленнее, чем железо). Данный вид коррозии может также возникнуть при контакте двух   разнородных   металлов в присутствии электролита, когда между этими металлами возникает гальванический ток.   В гальванической паре любых двух металлов будет растворяться тот   металл, который обладает более отрицательным электродным потенциалом. Например, железо имеет более низкий отрицательный электродный потенциал, чем цинк, и более высокий, чем медь. Следовательно, при контакте железа с цинком будет разрушаться цинк, а при контакте железа с медью — железо. Гальванические пары при коррозии образуются не только между отдельными участками контактирующих металлов,   но также и между микроскопически малыми кристалликами одного и того же сплава, если они различаются по химическому составу и физическим свойствам. В результате возникает коррозионное разрушение, которое может проникнуть очень глубоко и идти по границам раздела зерен(межкристаллическая коррозия). Например, в перлите феррит более электроотрицателен,  чем цементит, он и будет разрушаться в соответствующих условиях.

Дюралюмины, титан

Дюралюмины — сложные сплавы алюминия с медью (до 5,5 %), кремнием (менее 0,8 %), марганцем (до 0,8%), магнием (до 0,8 %) и др. Их свойства улучшают термической обработкой (закалкой при температуре 500...520°С с последующим старением). Старение осуществляют на воздухе в течение 4...5 сут при нагреве на 170 °С в течение 4...5 ч.
Термообработка алюминиевых сплавов основана на дисперсном твердении с выделением твердых дисперсных частиц сложного химического состава. Чем мельче частицы новообразований, тем выше эффект упрочнения сплавов. Предел прочности дюралюминов после закалки и старения составляет 400...480 МПа и может быть повышен до 550...600 МПа в результате наклепа при обработке давлением.
В последнее время алюминий и его сплавы все шире применяют в строительстве для несущих и ограждающих конструкций. Особенно эффективно применение дюралюминов для конструкций в большепролетных сооружениях, в сборно-разборных конструкциях, при сейсмическом строительстве, в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивной среде. Начато изготовление трехслойных навесных панелей из листов алюминиевых сплавов с заполнением пенопластовыми материалами. Путем введения газообразователей можно создать высокоэффективный материал пеноалюминий со средней плотностью 100...300 кг/м3. Все алюминиевые сплавы поддаются сварке, но. она осуществляется более трудно, чем сварка стали, из-за образования тугоплавких оксидов АЬОз.
Особенностями дюралюмина как конструкционного сплава являются: низкое значение модуля упругости, примерно в 3 раза меньше, чем у стали, влияние температуры (уменьшение прочности при повышении температуры более 400СС и увеличение прочности и пластичности при отрицательных температурах); повышенный примерно в 2 раза по сравнению со сталью коэффициент линейного расширения; пониженная свариваемость.

Титан за последнее время начал применяться в разных отраслях техники благодаря ценным свойствам: высокой коррозионной стойкости, меньшей плотности (4500 кг/м3) по сравнению со сталью, высоким прочностным свойствам, повышенной теплостойкости. На основе титана создаются легкие и прочные конструкции с уменьшенными габаритами, способные работать при повышенных температурах.



© 2018 Строительные материалы .ру