Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции сварка.docx
Скачиваний:
210
Добавлен:
20.03.2016
Размер:
1.72 Mб
Скачать

1.5 Газовая сварка

При газовой сварке плавлением для местного нагрева соединяемых
деталей используют тепло реакций горении газов в струе кислорода;
при этом образуется факел пламени с очень высокой температурой.
В момент расплавления основного металла в пламя вносят пруток из
присадочного металла, который также плавится и образует вместе с
основным расплавленным металлом сварное соединение.

Газовая сварка дает более плавный нагрев, чем дуговая. Газовую
сварку широко используют при ремонте и изготовлении тонкостенных
изделий из стали (толщиной от 0,2 до 5 мм) и сплавов цветных металлов, наплавочных работах, исправлении дефектов чугунного и стального литья.

В качестве горючих газов могут быть использованы ацетилен С2Н2,
водород Н2, природный газ (содержащий примерно 94% СН4,) нефтегаз, пары бензина и керосина. В сварочном производстве обычно
применяют ацетилен; при горении в технически чистом кислороде он
дает наиболее высокую температуру пламени (3150 °С) и выделяет
наибольшее количество тепла 48 МДж/м3 (11470 ккал/м3). Ацетилен
легче воздуха и кислорода. При содержании в воздухе 2,8—80% С2Н2
образуется взрывчатая смесь. Воспламеняется ацетилен при 420 °С,
становится взрывоопасным при сжатии свыше 0,18 МН∙м2 (МПа),
а также при длительном соприкосновении с медью и серебром.

Ацетилен получают из карбида кальция при взаимодействии последнего с водой. Реакция протекает с выделением значительного количества тепла

Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется
0,562 дм3, а практически во избежание перегрева ацетилена расходуют 5—20 дм3 воды. Средний выход ацетилена составляет 0,23—
0,28 м3/кг.

Ацетилен для сварки поступает из генератора, в котором его получают, или из металлических баллонов. В баллонах ацетилен находится в смеси с ацетоном под давлением 1,5—1,6 МН/м2 (МПа). Для
безопасности баллон с ацетиленом заполняют древесным углем, создающим систему капиллярных сосудов.

Технический кислород (98,5—99,5%) поступает к сварочным постам по трубопроводам под давлением 0,5—1,6 МН/м2 (МПа), или в баллонах под давлением до 15 МН/м2 (15 МПа).

Ацетилен обычно получают в генераторах. По регулированию
взаимодействия карбида кальция с водой ацетиленовые генераторы
делят на следующие виды:

1) система «карбид в воду» (рисунок 69.а), при которой карбид кальция, находящийся в бункере 1, периодически поступает в воду 2 через
питатель 3, где разлагается и выделяет ацетилен; выход ацетилена
составляет примерно 95%;

2) система «вода на карбид» (рисунок 69.б), при которой вода через
питатель 3 периодически подается на корзину 1 с карбидом кальция,
находящегося в реторте 2 газ поступает в газосборник 4, герметически закрывающийся снаружи. Отбор газа осуществляется питателем 5; выход ацетилена составляет 85—90%;

3) система «сухого разложения» (рисунок 69.в); выход 90%;


4) система «вытеснения» (рисунок 69.г); выход 95%;


5) комбинированная система «вода на карбид — вытеснение»
( рисунок 69.д); выход 95%.

Ацетиленовые генераторы могут быть передвижные и стационарные. Передвижные генераторы обладают производительностью
до 0,3 м3/ч ацетилена и предназначены для обслуживания одного
сварщика. Производительность стационарных генераторов достигает 1000 м3∙ч ацетилена. Современные стационарные генераторы
имеют коэффициент полезного использования от 0,85 до 0,98.

В промышленности, строительстве, на транспорте и в других отраслях народного хозяйства применяют генераторы низкого до 0,01 МН/м2
(МПа) и среднего давления до 0,15 МН/м2 (МПа). Генераторы среднего давления более удобны, так как облегчают регулирование состава и пламени и обеспечивают более постоянные условия сварки. Генераторы высокого давления в промышленности не применяют.

Рисунок 69. Схемы ацетиленовых генераторов

На рисунке 70 показано устройство ацетиленовогогенератора АНВ—1—66. Он состоит из основного корпуса 1 и перегородки 2, разделяющей корпус на две части. В нижнюю часть корпуса вмонтирована реторта 7, в которую вставлен ящик 8
с карбидом кальция. Через открытую верхнюю часть корпуса генератор заполняют водой до уровня 3. Через клапан 6 вода из корпуса
поступает в реторту и смачивает карбид кальция. Образующийся ацетилен по трубке 9 выходит из реторты, собирается под перегородкой 2 и затем через осушитель 5 и водяной затвор 4 по шлангу 10 поступает в горелку. Благодаря выделению тепла при разложении карбида кальция вода нагревается и генератор может работать при низких
температурах (до —25 °С).

Рисунок 70. Устройство ацетиленового генератора

Для избежания проникновения кислородно—ацетиленовой смеси
в ацетиленовый генератор применяют водяные предохранительныезатворы (рисунок 71). В корпус 1 по трубе 2 подводится газ; трубка 6 предохранительная. При нормальной работе уровень воды в затворе
достигает контрольного крана 3 и ацетилен собирается в верхней части затвора, откуда через кран 4 поступает к месту сварки. При обратном ударе газа трубка 2 запирается образовавшейся водяной пробкой, а излишний газ сбрасывается в атмосферу через предохранительную трубку 6. Щиток 5 возвращает воду в затвор, уменьшая ее
потери.

Рисунок 71. Водяной затвор низкого давления

Стандартный баллон (рисунок 72) для кислорода емкостью
40 дм3 при давлении 15 МН/м2 (МПа) содержит 6 м3 кислорода и представляет стальной сосуд цилиндрической формы. Вентиль баллона имеет
боковой штуцер для присоединения редуктора. На горловину плотно
насажено кольцо с наружной резьбой для навинчивания предохранительного колпака.

Так как некоторые вещества (жиры, масла) в среде сжатого кислорода способны самовоспламеняться, при работе с кислородными
баллонами необходимо соблюдать особую осторожность.

Для понижения давления газа, отбираемого из баллонов, до рабочего давления и для поддержания его постоянным в процессе сварки
применяют редукторы. В зависимости от числа ступеней редуцирования редукторы бывают одно— и двухкамерные. В однокамерном
редукторе газ уменьшает свое давление в одной камере.

При обслуживании односварочпого поста укрепляется на баллоне
(или устанавливается на трубопроводе) однокамерный редуктор (рисунок 73). Через вентиль из баллона газ поступает в камеру высокого давления 3, через трубку—к манометру высокого давления. При повороте
регулирующего винта 9, укрепленного в корпусе редуктора 1, главная
пружина 8 нажимает на мембрану 7 и ее приподнимает; мембрана в
свою очередь посредством толкателя 6 приподнимает клапан высокого
давления 5, который сжимается пружиной 4 и этим дает возможность
газу попасть в камеру низкого давления 2. Рабочее давление в этой
камере определяется манометром низкого давления. Из камеры низкого давления газ поступает в трубопровод горелки.

Рисунок 72. Схема газового поста с питанием от баллонов:

1 – стол, 2 – свариваемые детали, 3 – присадочный металл, 4 – горелка, 5 – шланг, 6 – ацетиленовый редуктор, 7 – кислородный редуктор, 8 – пористая масса

Двухкамерные редукторы обеспечивают меньший перепад давления и более низкий предел редуцирования (рисунок 73.б).

Редуктор присоединяется к баллону при помощи накидной гайки
3, навертываемой на штуцер вентиля. При открывании вентиля газ
устремляется по каналу штуцера 2, предварительно пройдя через
трубку 4. В штуцере помещается теплопоглотитель в виде пластинки с отверстиями из красной меди 1. Кислород проходит через тепло—
поглотитель и попадает в корпус 5 редуктора, где давление газа измеряется манометром 6. В этой части редуктора оно равно давлению
в баллоне или магистрали. Далее газ поступает к редуцирующему клапану 8 при переходе в первую камеру редуцирования 11 он расширяется до давления 20—25 кгс/см2. Величина давления в этой камере
устанавливается при помощи регулирующей гайки 14, которая сжимает главную пружину 13, перемещающую вверх нажимной диск 15,
мембрану 12 и передаточный диск 10. На конце диска находится стальная шпилька 9, которая приподнимает редуцирующий клапан 8. К
седлу клапан 8 прижимается запорной пружиной 7. Газ, пройдя через
редуцирующий клапан 16 второй ступени, попадает в камеру редуцирования 17, где расширяется до величины рабочего давления (измеряется манометром 20). Регулирующим винтом 12 можно установить это давление в пределах от 1 до 15 кгс/см2 с делениями через 1 кгс/см2. Передача движения от регулирующего винта 19 к редуцирующему клапану 16 во второй камере осуществляется также через
главную пружину 18. Предохранительный клапан при давлении
45—50 кгс/см2 открывается и выпускает избыток газа в атмосферу.
Прекратить передачу газа на небольшой промежуток времени можно
запорным вентилем 21.

Рисунок 73. Схемы однокамерного (а) и двухкамерного (б) редукторов

Из редукторов баллонов кислород и горючий газ раздельно поступают в сварочную горелку. Горелка предназначена для
правильного смешения кислорода с горючим газом, подачи горючей
смеси к месту сварки и создания концентрированного пламени требуемой мощности. Горелки но принципу действия разделяют на инжекторные низкого давления газа, и безынжекторные среднего и высокого давления.

Различают одно— и многопламенные горелки. На рисунке 74 показана
распространенная одноплеменная ацетилено—кислородная горелка для
сварки черных и цветных металлов толщиной до 30 мм.

Рисунок 74. Схема инжекторной горелки ГС—53:

1 – соединительный ниппель, 2 – трубка наконечника, 3 – смесительная камера, 4 – накидная гайка, 5 – корпус, 6 – вентиль для кислорода, 7 – трубка рукоятки, 8 — кислородный ниппель, 9 – ацетиленовый ниппель, 10 – кислородная трубка, 11 – вентиль для ацетилена, 12 – сопло инжектора, 13 – мундштук, 14 – горючая смесь

Кислород поступает по шлангу к вентилю и через него в инжектор.
Вытекая с большой скоростью из инжектора в смесительную камеру,
струя кислорода создает разрежение, обеспечивающее подсос ацетилена. Ацетилен поступает по шлангу к соединительному ниппелю, а
затем через корпус горелки — в смесительную камеру, где он смешивается с кислородом. Полученная горючая смесь поступает в мундштук. По выходе из него смесь сгорает, образуя сварочное пламя.

Горелка ГС—53 имеет семь сменных наконечников, работает при
давлениях ацетилена 1—50 кН/м2 (кПа) и кислорода 100—400 кН/м2
(кПа).

При зажигании горелки сначала на четверть оборота открывают
вентиль кислорода, затем открывают вентиль ацетилена и поджигают
выходящую из наконечника газовую смесь. После этого немедленно
приступают к регулировке сварочного пламени. При гашении горелки
сначала закрывают ацетиленовый вентиль, а затем кислородный.

Качественный шов обеспечивается правильным подбором мощности горелки, видом сварочного пламени, способом сварки, углом наклона горелки, применением соответствующего присадочного материала и флюса.

Мощность сварочного пламени оценивают по расходу ацетилена А,
который вычисляют по формуле (45), в которой s — толщина свариваемых кромок, мм; k — коэффициент, определяемый экспериментально и зависящий от физико—химических
свойств свариваемых металлов.

Для нержавеющей стали k=70—80; для углеродистой стали,
чугуна k=100—120; для меди k=160—200, алюминия k=75.

По мощности пламени определяют номер наконечника сварочной
горелки.

Диаметр присадочной проволоки d выбирают в соответствии с толщиной s основного металла. Для приближенного выбора диаметра
присадочного прутка при s<10 мм можно пользоваться эмпирической формулой (43). При s>10 мм диаметр присадочного прутка принимают равным 5 мм.

Применение многопламенных горелок с несколькими мундштуками
повышает производительность сварки и улучшает качество шва.

Мощность горелки выбирают в зависимости от толщины и теплопроводности свариваемого металла. Для сварки металла с высокой
теплопроводностью требуется наконечник с большим расходом газа.

Свариваемый участок предварительно нагревают пламенем горелки до образования жидкой сварочной ванны. После этого в нее вводят конец присадочной проволоки, которая, расплавляясь, образует шов. Газовой сваркой можно выполнять швы в любом положении. Наиболее рациональный способ газовой сварки — соединение
встык. При этом сталь толщиной до 2 мм сваривают с отбортовкой
кромок без присадочного материала. При большей толщине металла
производят одно' или двустороннюю разделку кромок.

При толщине металла до 3 мм применяют левую сварку (рисунок 76а), при которой горелка движется справа налево. Присадочный пруток 1 находится слева от горелки 2 и передвигается впереди пламени.

При толщине металла более 5 мм применяют правую сварку
(рисунок 76.б): горелка 2 движется впереди сварочной проволоки 1
слева направо. Правая сварка увеличивает производительность на
20—25% при меньшем расходе ацетилена (на 15—25%).

Угол наклона горелки к свариваемой поверхности зависит от толщины металла. При увеличении толщины металла нужна большая
концентрация тепла и соответственно больший угол наклона горелки
(рисунок 76.в).

Горизонтальные и потолочные швы обычно выполняют правым
способом сварки, обеспечивающим глубокое проплавление, а вертикальные швы ведут левым способом снизу вверх. При таком способе
сварки предотвращается стекание металла из ванны.

При газовой сварке в качестве присадочного материала следует
применять проволоку или прутки, близкие по химическому составу
к металлу свариваемых деталей.

Рисунок 76. Способы газовой сварки и углы наклона горелки при различной толщине свариваемого металла

Применение флюсов, защищающих сварочный шов от окисления,
улучшает качество газовой сварки.