3. Материалы и оборудование

Материалы

1. Образцы из стали Ст 45 или У8 и стали 30ХГСА, Р18 или 18ХНВА и твердосплавные пластины группы ВК.

2. Наждачная бумага.

3. Ацетон технический.

4. Вата техническая.

5. Припой Л62.

6. Прокаленная бура.

7. Асбест шнуровой.

8. Асбест листовой.

Оборудование

1. Муфельная печь МП-2УМ.

2. Приспособление для установки образцов в печь.

3. Щипцы.

4. Пинцеты.

5. Потенциометр группы ХА или ПП.

6. Щетка металлическая.

7. Штангенциркуль.

8. Термопара ХА.

4. Программа работы

1. Подготовить четыре стальные (две из стали марки Ст45 или У8 и две из стали 36ХГС, Р18 или 18ХНВА) и четыре твердосплавные пластинки группы ВК под пайку: стальные зачистить наждачной шкуркой и обезжирить.

2. Подготовить полосы припоя Л62 – вырезать из фольги по размеру паяемых пластин, обезжирить.

3. Собрать образцы, поместив в зазор вместе с припоем тонкий слой прокаленной буры, зафиксировать, обвязав шнуровым асбестом. Если твердосплавная пластинка короче стальной, она устанавливается строго симметрично относительно концов стальной пластины. Нанести буру на поверхность пластин, особенно вблизи галтельных участков.

4. Уложить образцы в приспособление и загрузить в печь, нагретую до температуры 1000±10 °C. Образцы в печи должны находиться в горизонтальном положении (рис. 3.8).

5. Выдержать образцы в печи в течение 5 минут и осторожно вынуть. Для равномерного охлаждения приспособление с образцами поместить на асбест.

6. Промыть образцы после охлаждения горячей водой, очистить от окалины металлической щеткой и замерить стрелу прогиба.

7. Определить по формулам (3.4), (3.5) или (3.6) максимальную величину нормальных напряжений каждого из 4-х образцов.

Рис. 3.8. Принципиальная схема для пайки образцов в электропечи:

1 – образцы из стали; 2 – приспособление-подставка;

3 – электропечь СНОЛ; 4 – пластины из твердого сплава;

5 – потенциометр

5. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Описание состава, области применения и свойств, использованных в работе сталей, твердого сплава, припоя и флюса.

3. Эскизы образцов, схема проведения эксперимента, режим пайки.

4. Данные о величине нормальных остаточных напряжений в твердосплавной пластине.

5. Анализ и объяснение полученных результатов.

6. Вопросы для самоконтроля

1. Каковы особенности пайки твердосплавного инструмента?

2. Перечислить способы снижения остаточных напряжений при пайке твердосплавного инструмента.

3. Какие припои и флюсы применяются для пайки твердосплавного инструмента?

4. Назвать источники нагрева под пайку твердосплавного инструмента.

Лабораторная работа № 6

ГАЗОПЛАМЕННАЯ ПАЙКА С ПРИМЕНЕНИЕМ

ЭЛЕКРОЛИЗНО-ВОДНОГО ГЕНЕРАТОРА

1. Цель работы

Изучить оборудование и технологию газопламенной пайки с применением водородно-кислородного пламени, получаемого при сжигании продуктов электролиза воды.

2. Нагрев газовым пламенем и особенности

ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДЫ В ГАЗОПЛАМЕННОЙ

ОБРАБОТКЕ

Несмотря на развитие новых способов сварки, резки и пайки, газопламенные методы сохраняют свое значение в производственных процессах вследствие их технологической гибкости. Нагрев газовым пламенем отличается большой универсальностью, позволяет осуществлять местный нагрев в ограниченной зоне изделия, применим при пайке изделий любых форм и размеров, не требует сложного оборудования, допускает механизацию и автоматизацию процесса.

Нагрев осуществляется за счет теплоты, выделяемой при сгорании смесей газообразного или парообразного топлива с воздухом или кислородом. В качестве жидкого топлива применяют бензин, керосин и др., в качестве газообразного – ацетилен, водород, городской газ, пропан, бутан и др.

Газовое углеродно-кислородное пламя состоит из трех зон (рис. 3.9), имеющих неодинаковую температуру и окислительно-восстановительные свойства. Первая зона «А» – ядро пламени с ярко светящейся оболочкой. В этой зоне нормального пламени (при сгорании смеси стехиометрического состава) окислитель расходуется практически полностью, а температура пламени достигает максимального значения вблизи кончика ядра (для водородно-кислородного пламени 2100…2800 °С). Вторая зона «В» – область неполного сгорания горючего, или восстановительная. Нагрев в этой зоне может приводить к раскислению поверхности паяемого металла. Третья зона «С» – зона полного сгорания (или факел пламени), представляющая собой видимый объем светящихся газов. В этой зоне происходит полное сгорание продуктов горения за счет кислорода окружающей среды.

Газовое пламя нагревает поверхность металла вследствие процессов теплообмена - вынужденной конвекции и излучения, интенсивность которых зависит от температуры пламени и часового расхода горючей смеси с оптимальным соотношением топлива и окислителя в газовой смеси.

Высокотемпературная пайка производится обычно газовым пламенем нормального состава с небольшим избытком горючего. Часовой расход горючей смеси на 1 мм толщины паяемой детали для водородно-кислородного пламени, нагрев до 800 ºС - 500 л/ч·мм (для ацетиленокислородного племени - 100 л/ч·мм). Детали нагревают факелом пламени - зоной, находящейся на расстоянии по оси пламени от сопла горелки, равном 2,5…3,5l, где l - длина зоны «А». Пламя преимущественно направляют на деталь, имеющую наибольшую толщину и теплопроводность (при пайке разнородных или разнотолщинных деталей). Выбор диаметра прутка или ширины полоски припоя производится из расчета, что его диаметр или сечение должны быть равны 1...3 толщинам наиболее тонкого элемента паяемых изделий. Припой вводят в зону пайки только тогда, когда всё соединение или значительная его часть достигла температуры, при которой припой может растекаться. Нельзя расплавлять припой в пламени, а также укладывать его на холодные поверхности изделия. Горелку при пайке лучше держать в левой руке, а припой - в правой.

Рис. 3.9. Зоны газового пламени:

А – ядро; В – зона неполного сгорания; С – зона полного сгорания

Сравнительно новым источником газового пламени, пригодным для различных процессов газопламенной обработки материалов, является водородно-кислородное пламя, получаемое при сжигании продуктов электролиза воды (т.н. гремучего газа):

2H₂O→2H₂↑+O₂↑

Поскольку объем газовой смеси, образующейся при электролизе воды, в 1868 раз превышает объем разлагаемой воды, появляется возможность получать газовое пламя, не имея больших запасов взрывоопасных газов, не пользуясь баллонным хозяйством.

Получают горючую смесь в специальных устройствах – электролизно-водных генераторах, производительностью 10…1500 л/ч гремучего газа. Все типы генераторов выполнены по следующей блок-схеме: источник питания с регулированием величины выпрямленного тока – электролизер – водяной затвор (смеситель) – горелка. Основные отличия газогенераторов состоят в схеме электролизера, конструкции ячеек и электродов, применении вспомогательной аппаратуры.

Используется в данной работе электролизно-водный генератор AC-1, с максимальной производительностью 150 л/ч.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ ПОДЖИГАТЬ ГАЗОВУЮ СМЕСЬ, выходящую из горелки, при отсутствии игл указанного диаметра, так как при этом пламя может втянуться внутрь горелки и вызвать тепловой взрыв гремучей смеси внутри установки.

Электролизно-водные генераторы позволяют осуществлять низко- и высокотемпературную пайку малогабаритных изделий, сварку и резку проводов, фольги, пластмасс, стекла, керамики, изготовление термопар, выжигание отверстий в кварце и т.п. Продуктами горения иглообразного пламени являются в основном пары воды.