Текст книги "Жестяницкие работы. Выколотка и паяние металла"

Жестяницкие работы
Выколотка и паяние металла

Выколотка металла

Выколоткой металла называется операция формообразования листового металла выбиванием или посредством посадки и выбивания, в результате чего получают детали выпуклой формы.

При выколотке деталей выбиванием наносят удары по заготовке, установленной на стойке или помещенной в углублении болванки. При нанесении ударов заготовка деформируется и постепенно удлиняется, при этом толщина детали в месте нанесения ударов становится меньше. Величина утонения заготовки в месте нанесения ударов зависит от свойств металла, его толщины, глубины выколотки и размеров детали.

При выколотке деталей выпуклой формы путем посадки и выбивания сначала поочередно по всей форме заготовки образуют гофры, затем делают посадку гофров и осуществляют выбивание заготовки до получения необходимой выпуклости.

Избыток металла, образующий на заготовке гофры (складки) вследствие наносимых ударов при посадке, течет в сторону, вызывая сжатие металла в соседних участках. В результате посадки толщина кромки (края) заготовки увеличивается. При дальнейшей обработке заготовки выбиванием ее толщина в месте образования выпуклости уменьшается по сравнению с толщиной заготовки. Все детали выпуклой формы, изготовляемые путем посадки и выбивания, отличаются тем, что имеют меньшую толщину в месте образования выпуклости и большую толщину по краю.

Выколотку деталей выпуклой формы выполняют ручным и машинным способом и на выколоточных молотах. Выколотка является одной из наиболее распространенных и трудоемких операций. Выполнение операции выколотки требует навыка, а также знаний технологических свойств, термической обработки металлов и сплавов.

Выколотка деталей ручным способом на стойке

Выколотку деталей ручным способом на стойке выполняют путем посадки и выбивания листовой заготовки ударным и опорным инструментом. К ударным и опорным инструментам относятся деревянные фасонные молотки, стальные гладильники, шариковые односторонние и двусторонние молотки.

К опорным инструментам относятся стойки разных размеров. Стойки берут определенных размеров и формы в зависимости от формы и размеров изготовляемых деталей. Выколотку деталей производят на стойках с полированной рабочей поверхностью, иначе заготовку детали можно засечь или пробить насквозь.

Выколачиваемая заготовка не должна иметь глубоких царапин, забоин, плен и других дефектов, способствующих разрыву заготовки во время выколотки. Заготовку как в процессе выколотки, так и до начала ее отжигают для снятия внутренних напряжений.

При выколотке полусферы (полушара) сначала выбивают (образуют) выпуклость высотой примерно 1/8 высоты изготовляемого полушара. Удары молотком по заготовке наносят часто, но не сильно, чтобы ее края отгибались во внутрь. Затем гофрируют края заготовки и делают посадку гофров. Когда после гофрирования и посадки края заготовки будут осажены во внутрь, приступают к выколотке середины деревянным фасонным молотком.

Молоток держат в руке крепко, иначе трудно будет наносить точные удары и на заготовке можно сделать вмятину или пробить ее насквозь.

Удары молотком наносят часто, но н сильно. Нужно учитывать, какое действие они оказывают на заготовку как в месте удара, так и вокруг него. Достаточно в одном месте переколотить заготовку, как она начнет выпучиваться, и для того, чтобы добиться ее плотного прилегания к стойке, придется вновь подвергать ее обработке ударами.

Нельзя наносить удары молотком по выпуклому месту, так как от этого выпуклое место на заготовке выпучивается еще больше.

Удары наносят вблизи центра заготовки и распологают их по кругу, причем наносят равномерно и так, чтобы металл вытягивался постепенно образуя небольшую выпуклость. Затем снова производят отжиг, наносят гофры, делают их посадку, повторяя эти приемы до тех пор, пока не получат полушар. Края полушара загибают внутрь немного больше, чем требуется по чертежу.

Окончательно проглаживают поверхность полушара на круглой стойке стальным молотком-гладильщиком. Края полушара, ранее загнутые внутрь больше, чем требовалось по чертежу, при проглаживании выправятся.

Пргладив и обмерив полушар шаблоном или по болванке, обрезают его края, а затем удаляют заусенцы напильником.

Выколотка деталей ручным способом по болванке

Выколотку ручным способом деталей больших размеров с небольшой выпуклостью осуществляют по болванкам при помощи ударного и опорного инструмента.

Деревянные фасонные молотки применяют для выколотки деталей из тонкого цветного металла, молотки – гладильники – для правки и проковки поверхности изготовляемых деталей. У молотков рабочие поверхности полированные.

Исправное состояние полировки рабочей поверхности молотков исключает получение засечек и царапин на изготовляемой детали. При выколотке выбиванием применяют деревянные, пескослепковые и реже металлические болванки. Рабочие части болванок по размерам и форме должны соответствовать изготовляемым деталям.

Приступая к выколотке, тщательно осматривают заготовку. На ней не должно быть глубоких царапин, забоин, плен, трещин и других дефектов, способствующих разрыву металла.

Выколотку выполняют в несколько приемов. В процессе выколотки заготовку отжигают для устранения возникающих напряжений. После отжига металл становится более мягким, что облегчает его дальнейшую выколотку.

При выколотке деталей, изготовляемых из дюралюминия, применяют закалку вместо отжига, чтобы не проводить термической обработки после изготовления детали. Выколотку деталей из сплава В95 выполняют только в отожженном состоянии.

При выколотке заготовку детали плотно прижимают к болванке (оправке), начинают обработку от края, постепенно прижимаясь к середине.

Выполнение выколотки в такой последовательности предохраняет металл от образования трещин. Заготовка в этом случае по всей обрабатываемой поверхности вытягивается равномерно.

Удары молотком как у края, так и при приближении к середине наносят сильные, но равномерные, чтобы деталь вытягивалась и образовывалась выпуклость, т.е. постепенно вдавливалась внутрь болванки. Обычно выколотку деталей ведут не сразу, а в несколько приемов, пока не получится деталь требуемой формы.

Чтобы удалить с выпуклой поверхности все неровности и отпечатки, полученные при выколотке, деталь проглаживают на выколоточном молоте или вручную на стойках стальным молотком – гладильщиком.

Выколотку деталей более сложной формы осуществляют не целиком, а по частям. Которые сваривают.

После сварки деталь проглаживают и проверяют на болванке, а швы проковывают.

Паяние

Паяние – способ получения неразъемного соединения металлических деталей при помощи расплавленных металлов или сплавов, называемых припоями.

С помощью паяния детали соединяют в том случае, если место соединения не подвергается очень большим нагрузкам. В ремонтно-жестяницком деле паяние широко используется для заделки трещин в тонкостенных резервуарах и трубах, соединениях электропроводов, скрепление частей изделий, изготовленных из тонкой листовой стали и т.д.

К преимуществам паяния относятся: незначительный нагрев соединяемых частей, что сохраняет структуру и механические свойства. Чистота соединения, не требующая в большинстве случаев последующей обработки. Сохранение размеров и форм детали. Достаточно высокая прочности и герметичность соединения.

Современные методы паяния подразделяются на два основных вида: паяние мягкими припоями и паяние твердыми припоями.

Паяние мягким припоями осуществляется при температуре плавления до 300ºС. Мягкие припои имеют малую поверхностную прочность, обычно их предел прочности при растяжении не превышает 5-7 кГ/мм².

Твердые припои имеют температуру плавления выше 550ºС. Твердые припои обладают значительной механической прочностью, предел прочности при растяжении до 50 кг/мм².

Мягкие припои

Мягкие припои состоят из легкоплавких металлов: олова, свинца, сурьмы, висмута и др. Обычно паяние мягкими припоями черных и цветных металлов и их сплавов применяется, когда не требуется получение высокой прочности соединения, когда невозможно или трудно паяние твердыми припоями или когда деталь нельзя нагревать до высоких температур.

К группе мягких припоев относятся оловянно-свинцовые, висмутовые и кадмиевые припои.

Оловянно-свинцовые припои

В состав оловянно-свинцовых припоев входят олово и свинец, взятые в различных отношениях. В зависимости от содержания свинца и олова припои имеют различные свойства.

Оловянно-свинцовые припои содержат в очень малых количествах также сурьму, медь, висмут и мышьяк. Присадкой сурьмы увеличивает прочность припоя, а присутствие висмута понижает температуру плавления припоя.

Оловянно-свинцовые припои изготовляют шести марок: ПОС-90, ПОС-61, ПОС-50, ПОС-40, ПОС-30, ПОС-18 и оловянно – свинцово – сурьмянистый припой ПОС-4-6.

Обозначение марок оловянно-свинцовых припоев расшифровывается следующим образом: буква П означает слово «припой», ОС – оловянно-свинцовый, а цифра – процент олова.

Оловянно-свинцовые припои указанных марок плавятся при температуре от 220 до 290ºС. Они применяются для паяния стали, латуни, цинка и др.

Оловянно-свинцовые припои в зависимости от требований поставляются в виде чушек, круглых и трехгранных прутков, круглой проволоки, ленты, а также круглых трубок, заполненных флюсом.

Малооловянистые припои, содержащие свинец, олово и сурьму, по прочности соединения уступают оловянно-свинцовым и более хрупки.

Безоловянистые припои очень вязки и требуют более высокой температуры плавления.

Из малооловяныстых припоев для паяния латуни применяют припой, содержащий 15% олова, 7% сурьмы (остальное свинец).

Висмутовые и кадмиевые припои.

Висмутовые припои состоят из висмута, олова и свинца. Они очень легкоплавки, обладают большой хрупкостью и применяются в тех случаях, когда от спаиваемых швов не требуется большой прочности. Температуру плавления висмутовых припоев можно еще несколько понизить, если в сплавы добавить кадмия.

Из висмутовых наиболее распространены следующие два припоя: первый содержит (%) 11.5 олова, 34 свинца, 54.5 висмута. Второй – 9.6 олова, 45.1 свинца, 45.3 висмута.

Температура плавления припоев: первого 94.5, второго 79.0ºС.

Из кадмиевых припоев чаще всего применяют следующие два: первый содержит (%) олова-12.5, свинца-25, висмута -50, кадмия-12.5. Второй – олова-13.4, свинца-26.6, висмута-50, кадмия-10.

Температура плавления припоев: первого-66-72, второго-60ºС.

Твердые припои.

Твердые припои состоят в основном из меди, серебра и цинка. Они применяются для паяния как черных, так и цветных металлов и их сплавов.

Существует много различных по химическому составу твердых припоев. К группе твердых припоев относятся медно-цинковые и серебряные.

Медно – цинковые припои.

В состав медно – цинковых припоев входят медь и цинк. В зависимости от содержания меди и цинка они имеют разные свойства. Чем больше в припое содержится меди, тем выше температура плавления его и наоборот, чем больше содержится цинка и меньше меди, тем ниже температура плавления припоя. Кроме того, медно-цинковые припои содержат свинец и железо в количестве до 1.5%. От присадки свинца припои становятся более светлыми.

Медно – цинковые припои применяются трех марок: ПМЦ-36, ПМЦ-48 и ПМЦ-54.

В марке буква П обозначает слово «припой», МЦ – медно – цинковый, а цифра – процент меди.

Медно – цинковые припои поставляются в виде зерен. Зерна припоев по величине разделяются на два класса: класс А – зерна величиной от 0.2 до 3 мм, класс Б – зерна величиной от 3 до 5 мм.

Медно – цинковый припой ПМЦ-36 применяют для паяния латуни с содержанием 60-68% меди. Припой ПМЦ-48 – для паяния медных сплавов, содержащих меди свыше 68%. Припой ПМЦ-54 – для паяния бронзы, меди, томпака и стали.

Медно – цинковые припои непригодны для паяния изделий, подвергающихся высоким внутренним давлением. Это объясняется тем, что медно-цинковые сплавы теряют цинк до затвердевания. Поэтому в шве образуются мелкие поры. В этих случаях применяют чистый медный припой. Чистая медь является наилучшим припоем для прочного и плотного соединения стальных изделий. Она применяется в виде проволоки, порошка или ленты и плавится при температуре 1083ºС. недостаток меди как припоя заключается в том, что паяние осуществляется при высоких температурах, что удорожает стоимость паяния.

Серебряные припои

Серебряные припои в основном представляют собой сплавы серебра с цинком и медью. Температура плавления их повышается с увеличением процентного содержания серебра. Они образуют очень прочное соединение металлических изделий. Серебряные припои применяют для того, чтобы повысить сопротивление коррозии, или в тех случаях, когда нужно сохранить светлый цвет изделий.

Серебряные припои изготовляют следующим марок: ПСр72, ПСр71, ПСр70, ПСр65, ПСр62, ПСр50, ПСр50Кд, ПСр45,ПСр44, ПСр40, ПСр37.5, ПСр25, Ср25Ф, ПСр15М, ПСр10, ПСр3, ПСр3Кд, ПСр2.5, ПСр2, ПСр1.5.

Марки серебряных припоев расшифровываются так: буква П обозначает слово "припой", буквы Ср – серебро, Кд – кадмий, М – медь, Ф – фосфор, число – процент серебра.

Серебряные припои плавятся при температуре от 270 до 850ºС. Эти припои изготовляются в виде полос( за исключением припоя ПСр44, выпускаемого в виде плоских слитков) и проволоки (за исключением припоев ПСр12М, ПСр10).

Флюсы

Чтобы получить при паянии прочные и плотные швы, спаиваемые места хорошо очищают. Кроме того, в процессе паяния устраняют ряд препятствий, мешающих хорошему сплавлению спаиваемых металлов. Металлы на воздухе, соединяясь с кислородом, окисляются. Слой окиси перед паянием удаляют.

Для удаления пленки окиси и предохранения металлов от окисления в процессе паяния применяют флюсы.

Наиболее распространенными флюсами являются соляная кислота, хлористый цинк, хлористый цинк-аммоний, бура, канифоль и некоторые другие. Канифоль применяется только при паянии мягкими припоями, остальные флюсы-при паянии как мягкими, так и твердыми припоями.

Соляная кислота употребляется при паянии мягкими и твердыми припоями. Для паяния ее разбавляют водой, пока она не перестанет дымится.

При разбавлении соляной кислоты водой кислоту осторожно вливают в воду, но не наоборот. Во избежание ожогов на руки надевают перчатки, глаза защищают очками. соляная кислота представляет собой сильно пахнущую ядовитую жидкость, поэтому ее хранят в стеклянных, герметически закупоренных бутылях и обращаются с ней осторожно.

Обычно при паянии употребляют травленную соляную кислоту. Травление заключается в растворении в кислоте кусочков цинка.

Паяльная паста изготовляется из хлористого цинка или хлористого аммония и крахмала. Для приготовления паяльной пасты крахмал растворяют в воде, после чего раствор кипятят до тех пор, пока не получится клейстер. Крахмальный клейстер в холодном виде прибавляют к раствору хлористого цинка или хлористого аммония, перемешивая до тех пор, пока не получится слегка липкая жидкость. При паянии паяльную пасту наносят на спаиваемые поверхности ровным слоем.

Применение паяльной пасты устраняет необходимость предварительной и тщательной подготовки спаиваемых поверхностей изделий. При паянии с паяльными пастами спаиваемые поверхности подгоняют друг к другу, затем на поверхности накладывают ровный слой паяльной пасты и наносят припой. При паянии паяльными пастами выделяются пары с резким запахом. После окончания паяния остатки пасты смывают при помощи волосяной щетки или кусками ветоши. При паянии мягкими припоями для обезжиривания поверхностей применяют хлористый аммоний. При соприкосновении хлористого аммония с паяльником выделяются ядовитые белые пары, поэтому для очистки рабочей части паяльника применяют смесь из 0,5 л воды, 100г хлористого аммония и небольшого количества хлористого цинка.

Бура представляет собой легко растворимую в воде соль. При нагреве бура теряет кристаллическое строение и превращается в стекловидную массу. Бура продается в кристаллах и в порошке. Кристаллическая бура в свежем состоянии прозрачная, но, соприкасаясь с воздухом, быстро покрывается белым порошкообразным налетом.

Бура применяется при паянии твердыми припоями изделий из латуни, меди, серебра и других тугоплавких металлов. При паянии места спайки деталей посыпают порошкообразной бурой или смазывают бурой, смешанной с водой до тестообразного состояния. Для лучшей смачиваемости лучше всего буру применять в растворенном виде, но ее употребляют и в порошкообразном состоянии. Кристаллическую буру не рекомендуется употреблять при паянии, так как при расплавлении из нее выделяется Кристаллизационная вода, брызги которой при вспучивании разлетаются по сторонам, вследствие чего, во-первых, поверхности спаиваемого обнажаются и окисляются, и, во-вторых, горячие брызги могут обжечь медника и окружающих. В целях безопасности из буры предварительно удаляют Кристаллизационную воду. После пережигания получившуюся массу толкут в фарфоровой ступе и в виде порошка употребляют при паянии. Полученный мелкий порошок хранят в стеклянной банке с притертой пробкой, чтобы предохранить от действия влаги.

Бура плавится при температуре 700-7410С.

При паянии часто вместо чистой буры применяют смесь ее с поваренной солью и углекислым калием (поташем). Порошок из такой смеси состоит из восьми частей буры, трех частей углекислого калия. Чтобы приготовить такой порошок, вначале буру нагревают в металлическом сосуде до тех пор, пока она не потеряет кристаллизационную воду, затем смешивают с прокаленной поваренной солью и углекислым калием и толкут всю смесь в ступке до получения мелкого порошка. Этот порошок хранят также в герметическом сосуде, чтобы предохранить его от действия влаги.

Канифоль представляет собой смолистое желтовато-коричневое вещество, получающееся в виде палочек и порошка при перегонке сосновой смолы. Канифоль темного цвета называется гарпиусом. Она иногда применяется как флюсующее вещество при паянии мягкими припоями. Канифоль при паянии используют в виде порошка и палочек, а также в жидком состоянии; в последнем случае ее растворяют в денатурированном спирте. Одно из ценных свойств канифоли заключается в том, что остатки ее на спаиваемых швах не вызывают коррозии.

Фосфорная кислота. Для паяния стальных изделий мягкими припоями применяют сгущенную фосфорную кислоту, смешанную с одной с одной-двумя частями спирта крепостью 80%. Чтобы приготовить фосфорную кислоту, наполняют фарфоровую чашку на одну треть азотной кислотой, а затем в нее опускают небольшими кусочками Фосфор. При растворении фосфора выделяются густые бурые ядовитые пары, поэтому фосфорную кислоту приготовляют в вытяжном шкафу или под вытяжным зонтом.

Фосфор добавляют до тех пор, пока не выпарится азотная кислота и не прекратится выделение паров. Если в процессе растворения фосфора в азотной кислоте начнется бурное выделение паров, немедленно на время прекращают нагревание и в фарфоровую чашку с раствором осторожно вливают небольшое количество холодной воды.

Азотную кислоту выпаривают до тех пор, пока не перестанут выделяться пары. После этого образовавшуюся жидкость продолжают нагревать до тех пор, пока она несколько не загустеет. Полученная таким образом густоватая масса и будет фосфорной кислотой. Перед употреблением фосфорную кислоту разбавляют дистиллированной водой. Эту кислоту хранят в герметически закупоренных стеклянных банках. При использовании фосфорной кислоты в качестве флюса спаиваемые поверхности паянных изделий получаются чистыми и блестящими

Приготовление фосфорной кислоты требует соблюдение предостороженности. Чистый фосфор нельзя брать голыми руками, так как можно получить сильные ожоги. Поэтому фосфор в азотную кислоту опускают паяльными щипцами. Необходимо помнить, что азотная кислота, попав на кожу может вызвать сильные ожоги. Чистый фосфор на воздухе легко загорается и может вызвать пожар, поэтому его все время хранят под водой.

Горючие материалы, применяемые в паянии

Горючие материалы разделяют на твердые (древесный уголь, кокс и др.), жидкие (керосин, бензин) и газовые (ацетилен, водород и др.). При паянии металлов применяют все три вида горючего, а также электроэнергию. Выбор того или иного вида горючего зависит не только от цели его применения, но также от условий работы. Горючие материалы характеризуются теплотворной способностью. Теплотворная способность твердого топлива определяется количеством тепла, выделяемого при сжигании 1 кг, например угля или керосина (ккал/кг), а газообразного – при сгорании 1м³ газа (ккал/м³).

Древесный уголь употребляется для нагревания паяльников и изделий при паянии мягкими и твердыми припоями. Он очень порист, горит равномерно, обладает теплотворной способностью около 6500 ккал/кг. Для паяния древесный уголь употребляется в виде небольших кусков. При ударе по куску сухого, хорошего качества угля получается чистый звук. Древесный уголь вполне пригоден как горючий материал для нагревания паяльника, но нагревать изделия на древесном угле избегают, та как на спаиваемые поверхности попадает зола, которая их загрязняет.

Керосин применяется в паяльных лампах для нагревания паяльников. Керосин, имеющий слегка желтоватый оттенок, при горении дает много копоти, вследствие чего затрудняет и усложняет процесс паяния.

Бензин применяется в паяльных лампах для нагревания паяльников. Он обладает высокой теплотворной способностью-1000 ккал/кг. Бензин огнеопасен, легко воспламеняется, поэтому его применение связано с соблюдением мер предосторожности.

Спирт применяется в паяльных лампах для нагревания паяльников в качестве растворителя. По сравнению с другими видами горючего спирт очень дорог, поэтому его заменяют более дешевыми горючими. Спирт обладает меньшей теплотворной способностью по сравнению с бензином и керосином (около 6400 ккал/кг),Но он менее огнеопасен и при горении не выделяет копоти.

Светильный газ используется для нагревания паяльников и изделий при паянии мягкими и твердыми припоями. Раньше светильный газ добывался из каменного угля. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев пользуются природным газом, поступающим в производство по готовым магистралям.

При вдыхании больших количеств светильный газ ядовит, а при неосторожном обращении с ним может образовать взрывчатую смесь.

Ацетилен представляет собой бесцветный газ, обладающий запахом чеснока. Ацетилен добывают из карбида кальция разложением последнего водой в специальном газогенераторе. Ацетилен в смеси с кислородом сгорает ярким пламенем, выделяя при этом значительное количество тепла. Температура горения ацетилена 3400ºС. Ацетилен, полученный из карбида кальция, обычно бывает загрязнен вредными для его свойств примесями сероводорода, фосфористого водорода, мышьяковистого водорода, поэтому его до использования очищают. При низком давлении и нормальной температуре чистый ацетилен представляет вполне устойчивое соединение.

Смесь ацетилена в воздухе делается взрывчатой при соотношениях от 3% ацетилена и 97% воздуха до 82% ацетилена и 18% воздуха. Чистый ацетилен при давлении свыше 1.5 ат делается также взрывчатым.

Кислород применяется вместе с ацетиленом для нагрева изделий при пайке твердыми припоями. Хранят кислород в стальных баллонах под давлением (до 150 ат).