DEGUONINIS PJOVIMAS, DUJINIS SUVIRINIMAS IR AUKŠTATEMPERATŪRINIS LITAVIMAS
1. Deguoninis metalų pjovimas Deguoninis metalų pjovimas pagrįstas tuo, kad metalas dega deguonies čiurkšlėje. Pjovimo pradžioje metalas įkaitinamas degiųjų dujų ir deguonies liepsna. Įkaitinus iki pakankamos temperatūros, artimos metalo lydymosi temperatūrai, pro pjautuvo antgalio centrinę kiaurymę leidžiamas grynas deguonis. Metalui degant, deguonies čiurkšlėje išsiskiria papildoma šiluma. Susidarę oksidai ir šlakai iš pjūvio išpučiami ir krinta žemyn. Pjovimas būna efektyvus ir pjūvis esti kokybiškas tuomet, kai metalo degimo deguonyje temperatūra yra žemesnė už jo lydymosi temperatūrą. Priešingu atveju perpjauto metalo briaunos bus nelygios ir bus sunaudojama daug energijos. Oksidų, susidarančių pjaunant metalą, lydymosi temperatūra taip pat turi būti žemesnė už metalo lydymosi temperatūrą. Jeigu nebus patenkinta ši sąlyga, oksidai nebus išpučiami iš pjūvio, todėl neišvengiamai pablogės pjovimo kokybė. Keliamus pjovimui reikalavimus tenkina Fe, Mn ir Ti. Pvz., geležies lydymosi temperatūra – 1539oC, degimo – 1330 C, o oksidų lydymosi temperatūra – 1373oC. Sunkiau pjaunami Ni ir Cu ir visiškai neatitinka reikalavimų Al, Mg, Cr, Zn. Pvz., aliuminio lydymosi temperatūra – 660oC, o jo oksidų – 2060oC. Metaluose esančios priemaišos taip pat keičia jų pjovimo sąlygas. Plienų pjovimo deguonimi, kaip ir suvirinimo, galimybėms įvertinti yra skaičiuojamas ekvivalentinis anglies kiekis Ce, įvertinantis anglies ir įvairių legiruojančiųjų elementų įtaką plieno pjaunamumui:Ce=C+0,16Mn+0,3(Si+Mo)+0,4Cr+0,2V+0,04(Ni+Cu).Pagal deguoninio pjovimo galimybes plienai skirstomi šitaip: gerai pjaunami bet kuriomis sąlygomis, jų termiškai apdirbti nereikia (ekvivalentinis anglies kiekis <0,6); patenkinamai pjaunami (Ce lygus 0,6-0,8), juos pjaunant neigiamoje temperatūroje reikia pakaitinti iki 150oC temperatūros; ribotai pjaunami (Ce lygus 0,81-1,1), nes grūdinasi ir trūkinėja (tokius plienus reikia iš anksto pakaitinti iki 200-300oC temperatūros, o perpjautus lėčiau aušinti) bei blogai pjaunami (Ce>1,1), todėl juos reikia iš anksto pakaitinti iki 450oC, o perpjovus labai lėtai aušinti.
Sukurti įvairių konstrukcijų pjautuvai. Specialioje literatūroje jie skirstomi pagal šiuos požymius: pagal tai, kuo kaitinama (dujomis arba skystaisiais degalais); pagal degiųjų dujų ir deguonies sumaišymo principą (injekciniai, neinjekciniai); pagal paskirtį (universalieji, specialieji) ir pagal pjovimo būdą (skiriamajam, paviršiniam pjovimui arba kiaurymėms padaryti). Labiausiai paplitę universalieji pjautuvai-degikliai (1 pav.), kuriais, keičiant pjovimo antgalius, galima pjauti nuo 3 iki 300 mm storio plieną. Jie yra lengvi ir patogūs dirbti.1 pav. Universalusis pjautuvas-suvirinimo degiklis
2. Dujinio suvirinimo privalumai ir trūkumaiSuvirinant dujomis, jungiamų gaminio elementų briaunos ir pridėtinis metalas išlydomi šiluma, gaunama degant degiosioms dujoms (2 pav.).Šį suvirinimo būdą paprasta panaudoti remontuojant laukuose žemės ūkio techniką, nes galima pakaitinti, atliekant čia kalviškus darbus, plačiai reguliuoti metalo įkaitimo greitį ir suvirinti plonus mašinų elementus.Tačiau, lyginant su lankiniu suvirinimu, yra mažesnis suvirinimo zonos įkaitinimo greitis, nedidelė šilumos koncentracija, susidaro didesnė šiluminio poveikio zona, todėl yra didesnė gaminių deformacijos tikimybė. Dujinio suvirinimo našumas labai priklauso nuo suvirinamojo metalo storio. Suvirinti dujomis yra brangiau, negu suvirinant lankiniu būdu, nes čia dažniausiai naudojamos brangios acetileno dujos, o patį procesą sunku mechanizuoti ir automatizuoti. Dažniausiai dujomis suvirinami: ploni (iki 3 mm storio) plieno lakštai, mažo skersmens vamzdžiai, vario, aliuminio ir jų lydinių gaminiai bei užvirinami įtrūkimai ketaus liejiniuose
3. Degikliai, dujinio suvirinimo liepsna ir suvirinimo technologijosDegiosios dujos arba skystų degalų garai, susimaišę su deguonimi arba oru, degdami sudaro suvirinimo liepsną. Prilydyto metalo kokybė po suvirinimo ir jungčių kokybė labai priklauso nuo suvirinimo liepsnos sudėties. Todėl suvirintojas privalo stebėti suvirinimo liepsną ir teisingai ją reguliuoti degikliu. Degikliai komplektuojami su kelių numerių antgaliais. Jie keičiami, atsižvelgiant į suvirinamos medžiagos storį. UAB „AGA“ siūlo specialius lankstomus varinius antgalius suvirinti sunkiai prieinamose vietose ir kaitinimo antgalius litavimui (3 pav.).
Propano-butano degikliai skiriasi nuo acetileno degiklių tuo, kad turi įtaisą dujų mišiniuipapildomai pašildyti. Acetileno-deguonies liepsna yra karščiausia, palyginti su kitų dujų liepsna. Degant ore acetilenui, liepsnos fakelas yra ilgas, be branduolio, temperatūra neaukšta. Į mišinį padavus deguonies (atsukus jo čiaupą), staigiai pasikeičia liepsnos spalva ir forma, pakyla temperatūra. Keičiant deguonies ir acetileno santykį, galima gauti trijų rūšių liepsną: normalią (redukuojančią), oksiduo¬jančią, įanglinančią. Liepsna pagal jos ašį ir skerspjūvį taip pat yra nevienalytė, atskirose jos zonose yra skirtingos temperatūros. Acetileno-deguonies liepsnoje galima išskirti tris zonas: branduolį, vidurinę (atstatančiąją) zoną ir fakelą. Branduolį sudaro labai įkaitusio deguonies ir disocijuoto (išsiskaidžiusio) acetileno 2C+H2+O2 mechaninis mišinys. Branduolyje kietos anglies dalelės ryškiai švyti. Branduolio didumas priklauso nuo antgalio numerio ir mišinio ištekėjimo greičio. Aukščiausia temperatūra yra prie pat liepsnos branduolio, todėl degiklis suvirinant laikomas taip, kad liepsnos branduolys būtų 2−3 mm atstumu nuo metalo paviršiaus. Šia liepsnos dalimi metalas įkaitinamas.Metalai dažniausiai suvirinami normaliąja liepsna. Ji gaunama tuomet, kai deguonies perteklius mišinyje — iki 30% (deguonies ir acetileno santykis nuo 1 : 1 iki 1,3 : 1).Normalioji liepsna dega šitaip. Mišinys pradeda degti branduolio išorėje ir toliau dega redukuojančioje zonoje vykstant reakcijai:2C+H2 + O2 = 2CO + H2 (pirmoji degimo fazė).Liepsnoje susidaręs anglies monoksidas ir vandenilis redukuoja metalų oksidus (atstato metalą), todėl siūlė susidaro vienoda. Joje nėra porų ir metalo oksidų intarpų, geros jos mechaninės savybės.Liepsnos branduolys yra tikslios formos. Branduolyje kietos anglies dalelės šviečia akinančia šviesa. Branduolio didumas priklauso nuo antgalio didumo ir mišinio ištekėjimo greičio. Redukuojančioji zona yra tamsi. Joje (2.. .6 mm nuo branduolio) yra aukščiausia temperatūra, todėl šia liepsnos dalimi metalas kaitinamas. Fakele acetilenas sudega iki CO2 ir H2O. Fakelo temperatūra kur kas žemesnė, lyginant su redukuojančiąja zona. Visa anglis sudega, ir vandenilis intensyviai jungiasi su aplinkos ir oro deguonimi, vykstant reakcijai:2CO + H2 + l,5O2 = 2CO2 + H2O (antroji degimo fazė). Vienam acetileno tūriui visiškai sudeginti reikia 2,5 tūrio deguonies. Vienas tūris tiekiamas iš deguonies baliono, o 1,5 − iš oro.Oksiduojančioji liepsna susidaro tuomet, kai deguonies ir acetileno santykis yra didesnis kaip 1,3. Šios liepsnos branduolys yra trumpesnis, neryškių kontūrų ir blankesnis. Oksiduojančios liepsnos temperatūra aukštesnė, ja greičiau galima išlydyti metalą. Oksiduojančioji liepsna naudojama suvirinimo našumui padidinti, bet suvirinant plieną oksiduojančiam liepsnos poveikiui neutralizuoti reikalingas pridėtinis metalas, kuriame yra daugiau mangano ir silicio. Oksiduojančiąja liepsna suvirinamas žalvaris, kad susidarius ZnO plėvelei mažiau išgaruotų cinko. Tokia liepsna naudojama ir lituojant.Sumažinus deguonies ir acetileno santykį iki 0,95, susidaro įanglinančioji liepsna, kurios žemesnė temperatūra. Branduolys yra neryškus, su žalia aureole (iš to galima spręsti, kada liepsna įanglinančioji, kada-—normalioji). Įanglinančiąja liepsna suvirinamas ketus.Atsižvelgiant į tai, kaip išsidėstę pridėtinis metalas ir liepsna suvirinimo krypties atžvilgiu, gali būti kairinis ir dešininis suvirinimas. Suvirinant kairiniu būdu, degiklis vedamas iš dešinės į kairę, liepsna nukreipta į nesuvirintas pagrindinio metalo briaunas. Šiuo būdu suvirinami ploni plieno lakštai, taip pat lengvai lydūs metalai, nes mažesnis pradeginimo pavojus. Suvirinant dešininiu būdu. degiklis vedamas iš kairės į dešinę nukreipus liepsną į suvirintą siūlę. Taip suvirinami storesnį kaip 5 mm gaminiai arba metalai, kurių didelis šilumos laidumas. Kadangi liepsna kaitina siūlę, tai ji aušta lėčiau, mažesnis pavojus, kad sutrūkinės, geresnė siūlės struktūra.Liepsnos šiluminė galia priklauso nuo tiekiamo į degiklį acetileno kiekio, dm3/val. Efektyvioji liepsnos galia, t.y. šilumos kiekis, perduodamas metalui per laiko vienetą, priklauso nuo tiekiamo į degiklį dujų kiekio, degiklio, o tuo pačiu ir liepsnos pasvirimo į metalo paviršių kampo, degiklio slinkimo greičio, degiųjų dujų ir deguonies santykio. Žinoma, ir nuo pačių degiųjų dujų kaloringumo. Pavyzdžiui, suvirinant plieną propano-deguonies liepsna šilumos reikia 1,85 karto daugiau negu suvirinant acetileno-deguonies liepsna, nes kaloringos propano dujos dega lėčiau už acetileną.Dujomis dažniausiai suvirinamos sandūrinės jungtys. Suvirinant kitokias jungtis, susidaro gana dideli vidiniai įtempimai.Iki 2 mm storio metalas sandūriniu būdu suvirinamas be pridėtinio metalo.4. Acetilenas ir jo gavybaAcetilenas (C2H2) atmosferos slėgyje ir 20oC temperatūroje yra bespalvės, aštraus, specifinio kvapo dujos. Kvapą skleidžia sieros ir fosforo vandenilis, amoniakas ir kitos priemaišos, esančios acetilene. Ilgiau pakvėpavus acetileno dujomis, ima pykinti, galima net apsinuodyti. Reagavęs su variu ir sidabru, acetilenas sudaro sprogų mišinį. Acetileno mišinys su deguonimi (daugiau nei 2,8% tūrio) irgi gali sprogti. Taip pat acetilenas gali sprogti, jei jo slėgis yra didesnis nei 0,15 MPa. Acetileno ir deguonies mišinio degimo temperatūra yra 3200oC.Techninis acetilenas gaunamas iš kalcio karbido arba iš angliavandenilių, kurių yra gamtinėse dujose, naftoje ir kitur. Gaminant acetileną iš kalcio karbido, karbidas aktyviai reaguoja su vandeniu ir sudaro acetileną ir gesintas kalkes:CaC2+2H2OC2H2+Ca(OH)2+Q.Teoriškai 1 kg kalcio karbido suskaidyti reikia 0,562 dm3 vandens (praktiškai 10 kartų daugiau). Gaunama 372,5 dm3 acetileno ir 1,156 kg gesintų kalkių. Vykstant reakcijai, išsiskiria šiluma Q, apie 1990 kJ/kg kalcio karbido. Kalcio karbidas labai absorbuoja drėgmę, esančią ore. Kuo didesni kalcio karbido gabaliukai (naudojami iki 80 gramų masės gabalai), tuo daugiau išsiskiria acetileno. Induose kalcio karbidas kartais sutrupa. į mažesnius kaip 2 mm gabaliukus. Juos galima naudoti tik specialiuose generatoriuose, nes paprastuose gali įvykti sprogimas.
5. Balionai, jų ventiliai ir reduktoriai
Deguonis laikomas ir transportuojamas 40 dm3 talpos plieniniuose balionuose. Juose telpa 6 m3 deguonies, suslėgto iki 15 MPa (4 pav.).
Deguonies balionams ventiliai gaminami iš žalvario, nes jis deguonyje nedega. Jie turi būti švarūs. Ypač reikia žiūrėti, kad ant ventilių nebūtų riebalų. Tokie ventiliai tinka ir azoto, argono bei anglies dioksido balionams.Acetileno balionams keliami ypatingi reikalavimai, nes pažeidus saugumo technikos taisykles, acetilenas gali sprogti. Acetileno balionai pripildomi purios masės, įmirkytos acetonu (acetilenas ištirpintas acetone ir būna išskaidytas į smulkius tūrius). Todėl nėra pavojaus, kad acetilenas sprogs ir labai suslėgtas. 20oC temperatūroje acetileno slėgis balione yra 1,9 MPa.
Acetilenas, tekėdamas iš baliono, kartu išneša dalį acetono. Kad jo nuostoliai būtų mažesni, nereikia naudoti acetileno daugiau kaip 1700 dm3/val. Kai balionas ištuštėja, acetileno slėgis balione 20oC temperatūroje turi būti ne mažesnis kaip 0,05…0,1 MPa, o 25…35oC temperatūroje − 0,3 MPa. Acetileno balionai darbo metu visada turi stovėti. Apytikriai acetileno likutį (litrais) balione galima apskaičiuoti padauginant baliono talpą (ltr.) iš slėgio jame(barais) ir padauginant iš 10.Acetileno ventiliai gaminami iš plieno arba dvifazio žalvario, nes vario lydiniai, turintys daugiau kaip 70% vario, ilgai kontaktuodami su acetilenu, sudaro sprogų junginį. Reduktoriai pažemina tekančių iš baliono į degiklį dujų slėgį ir palaiko pastovų nustatytą darbinį slėgį. pavaizduota Vieno iš reduktorių veikimo schema pavaizduota 5 paveiksle.Darbinis slėgis keičiamas sraigtu 1, keičiant spyruoklių 2 ir 5 įtempimą. Įsukant sraigtą, spyruoklė 2 pakelia membraną 3 kartu su vožtuvu 4. Dujos iš aukšto slėgio kameros 6 patenka į žemo slėgio kamerą 8. Kuo daugiau įsukamas sraigtas, tuo didesnis darbinis slėgis. Išsukant sraigtą, vožtuvas slenka žemyn, dėl to darbinis slėgis krinta. Reduktorius nustatytą darbinį slėgį palaiko automatiškai. Padidėjus slėgiui žemo slėgio kameroje, membrana nuspaudžiama žemyn, vožtuvas uždaromas. Dujoms ištekėjus į degiklį, slėgis sumažėja, spyruoklės atidaro vožtuvą (vožtuvas grįžta į nustatytą padėtį), dujos vėl iš aukšto slėgio kameros teka į žemo slėgio kamerą. Apsauginis vožtuvas 7 apsaugo membraną, kad nesuirtų tuomet, kai sugedęs darbinis vožtuvas praleidžia iš baliono dujas. Žemo slėgio manometras gali būti taruotas, kad jo skalėje matytume sunaudojamų dujų kiekį (debitą).Kitokių degiųjų dujų reduktoriai skiriasi prijungimu.6. Aukštatemperatūrinis litavimasLituojant nesusidaro bendros sujungiamo metalo ir pridėtinio metalo (lydmetalio) vonelės. Išsilydo tik lydmetalis, kuris suvilgo jungiamų elementų briaunas ir, susidarius bendram ryšiui tarp atomų, lydmetalis sujungia paviršius. Mat, baigiant lituoti įvyksta atomų difuzija tarp lydmetalio ir sujungiamų paviršių. Lituojant stengiamasi jungti galimai didesnius paviršius arba panaudoti papildomus jungimo elementus (6 pav.).
Litavimo temperatūra priklauso nuo lydmetalio lydymosi temperatūros. Todėl lituojant reikia atsižvelgti į tai, kokioje temperatūroje išsilydęs lydmetalis geriausiai suvilgo medžiagos paviršius, nes geras sujungiamų paviršių suvilgymas skystu lydmetaliu yra svarbiausia kokybiško sujungimo sąlyga.Paviršių suvilgymas lydmetaliu priklauso nuo jų būvio, nuo sujungiamų medžiagų cheminės sudėties, lydmetalio sudėties ir temperatūros bei kitų veiksnių. Geriau suvilgomi paviršiai, nuo kurių fliusais nuvalyti oksidai ir nešvarumai.Matome, kad litavimui reikalingas lydmetalis, fliusas ir šilumos šaltinis.Aukštatemperatūriniam litavimui lydmetaliu naudojamas varis ir lydiniai, kurių pagrindas varis, sidabras, nikelis ir kt. Aukštatemperatūrinio litavimo temperatūra siekia iki 1250oC.Vario lydmetaliais lituojami angliniai ir legiruotieji plienai. Varis gerai suvilgo paviršius, yra takus, gerai pripildo kapiliarinius tarpeklius. Vario lydymosi temperatūra − 1083oC, o litavimo temperatūra − 1100…1150oC. Vario ir cinko lydmetaliais lituojamas plienas ir spalvotieji metalai, kurių lydymosi temperatūra aukštesnė kaip 1000oC. Vario ir fosforo lydmetaliais lituojamas varis, nikelis ir jų lydiniai, taip pat sunkiai lydūs metalai (molibdenas ir volframas). Vario ir fosforo lydmetaliu sulituoti sujungimai pasižymi geru elektros ir šilumos laidumu. Tai labai svarbu elektrotechnikoje.Lydmetaliai, kurių pagrindas yra sidabras, pasižymi geromis technologinėmis savybėmis, jų palyginti neaukšta lydymosi temperatūra. Jie yra pakankamai stiprūs ir atsparūs korozijai, pasižymi geru elektros ir šilumos laidumu. Sidabriniais lydmetaliais galima lituoti beveik visus metalus ir kitas medžiagas (keramiką, puslaidininkius). Daugumos sidabrinių lydmetalių sudėtyje yra vario. Sidabrinių lydmetalių lydymosi temperatūrai pažeminti pridedama cinko, kadmio arba alavo.Fliusas − tai cheminė medžiaga, naudojama oksidų plėvelei nuo sulituojamų paviršių pašalinti. Be to, jis apsaugo, kad oksidų plėvelė nesusidarytų litavimo metu, taip pat mažina išsilydžiusio lydmetalio paviršinį įtempimą.
Aukštatemperatūriniam anglinio plienų, vario ir jo lydinių litavimui kaip fliusas naudojamas boraksas (Na2B4O7), borakso ir boro rūgšties (H3BO3) mišinys. Nuo nerūdijančio plieno oksidų plėvelė nuvaloma aktyvesniais fliusais, į kuriuos, be borakso, pridedama kalio fluorido (KF). Lituojant sidabriniais lydmetaliais, naudojami fliusai, kuriuose yra daug boro rūgšties.Lituojami ruošiniai įkaitinami ir lydmetalis išlydomas išnagrinėtais dujiniais degikliais, panaudojant specialius kaitinimo antgalius (3 pav.) arba tuos pačius suvirinimo antgalius.Fliusus galima iš anksto įterpti į litavimo vietą arba įberti litavimo metu. Iš anksto litavimo vieta padengiama pastos pavidalo fliusais. Lydmetalio strypo galas taip pat padengiamas fliusu.