§ 14. Сущность процесса газовой сварки и область

ее применения

Для получения сварного соединения при газовой сварке кромки основного металла и присадочный металл нагревают до расплав­ленного состояния пламенем горючих газор, сжигаемых при помо­щи специальных сварочных горелок в смеси с кислородом.

В качестве горючего газа наибольшее применение получил ацетилен, который при сгорании в кислороде дает температуру пламени, достаточную для сварки сталей и большинства других металлов и их сплавов. Для сварки металлов (свинца, алюминия и пр.), температуры плавления которых ниже температуры плавле­ния стали, могут быть использованы и иные горючие газы, напри­мер водород, природный газ и другие, дающие более низкую тем­пературу пламени.

Наиболее часто газовую сварку применяют при изготовлении листовых и трубчатых конструкций из малоуглеродистых и низко­легированных сталей толщиной до 3...5 мм, при исправлении де­фектов в отливках из серого чугуна и бронзы, а также в про­изводстве изделий из цветных металлов и их сплавов.

§ 15. Кислород, его получение, транспортирование

и хранение

0. 

   Рис. V.18. Схема кис­лородного баллона

   Принцип получения кислорода из воздуха. Кислород в про­мышленных масштабах получают из воздуха, где его содержится около 21 %. Процесс основан на принципе сжижения воздуха при температуре —194,5 °С и нормальном давлении и последующей рек­тификации, т. е. разделения жидкого воздуха на азот и кислород из-за различных температур кипения жид­кого азота (—196 °С) и жидкого кислоро­да (—183 °С). Полученный таким способом жидкий кислород в теплообменнике аппара­та превращается в газообразный и поступает в газгольдер. Отсюда компрессором его на­гнетают в кислородные баллоны до давления 15 МПа.

2. Кислородные баллоны. Транспортиру­ют и хранят газообразный кислород в кис­лородных баллонах. Наиболее распростране­ны баллоны емкостью 40 л, в которых при давлении 15 МПа вмещается 6000 л кисло­рода.

Кислородный баллон (рис. V.18)—это цилиндрический сосуд, изготовленный из стальных цельнотянутых труб. В верхней его части имеется горловина 4 с внутренней

конической резьбой, куда ввинчивается запорный латунный вен­тиль 2. На горловину насаживают кольцо 3 для навинчивания предохранительного колпака 1. На выпуклое днище 5 насажен башмак 6, придающий устойчивость баллону. Окрашивают балло­ны в. голубой или синий цвет.

3. Кислородные редукторы (рис. V.19) предназначены для сни­жения высокого давления кислорода, находящегося в баллоне или трубопроводе до рабочего 0,2...0,4 МПа при сварке и до 1,2... 1,4 МПа при резке, а также для поддержания его постоянного зна­чения независимо от расхода кислорода из баллона или трубопрово­да и понижения в них давления.

Принцип работы кислородного редуктора основан на поддер­жание подвижного равновесия между силой сжатия главной пру­жины 2, стремящейся открыть клапан 6, и силой сжатия обратной пружины 8 и давления кислорода, передаваемых на мембрану 4 и стремящихся закрыть клапан. Итак, Рабочее давление в ка­мере 5 низкого давления зависит от положения установочного вин­та 1, изменяющего силу сжатия главной пружины 2. После того как редуктор присоединен к баллону и открыт вентиль, кислород через штуцер 7 проходит к клапану 6, который в начальный момент прижат к седлу клапана пружиной 8. Чтобы открыть клапан и про­пустить кислород в камеру 5, пользуются регулировочным винтом

1. Ввертывая его в корпус 3, нажимают через главную пружину 2 и мембрану 4 на штифт 11, который и открывает клапан 6. Как толь­ко давление кислорода в камере 5 преодолеет усилие главной пру­жины 2, мембрана снова переместится в начальное положение и пру­жина 8 опять закроет клапан. При отборе газа из редуктора через вентиль 10 давление кислорода в камере 5 понизится и под действием

174

. *

главной пружины 2 клапан 6 снова откроется. Так происходит само­регулирование редуктора. Кислородные редукторы имеют маномет­ры высокого и низкого давления и предохранительный клапан 9, защищающий мембрану 4 от разрыва, если давление кислорода в камере будет выше допустимого.

§ 16. Свойства ацетилена и его полу^ёние

1. Свойства ацетилена. Химически чистый ацетилен С₂Н₂ бесцветный и имеет слабоэфирный запах. Технический ацетилен загрязнен различными примесями — сероводородом, аммиаком и пр., придающими ему резкий и неприятный запах. При давлении, превышающем 0,175 МПа, и одновременном нагреве выше 500 °С происходит взрывчатый распад ацетилена по уравнению

С₂Н_а-* 2С + Н₂.

Если нагреть ацетилен до температуры, превышающей 150... 180 °С, то происходит процесс его полимеризации, заключающийся в образовании новых соединений — бензола С_вН_в, стирола С₈Н₈ и др. Это сопровождается выделением значительного количества тепла, которое при недостаточном его отводе может также привести к взрыву ацетилена.

При содержании ацетилена в воздухе 2,2...88 % или в смеси с кислородом (ацетилена 2,3...93 %) образуются смеси, взрывающи­еся от искры или пламени.

Ацетилен хорошо растворяется в ацетоне. В одном объеме ацетона при давлении 0,1 МПа растворяется 23 объема ацетилена. С повышением давления растворимость ацетилена пропорционально возрастает. В растворенном состоянии ацетилен не взрывается при давлении 1,6 МПа, а при наличии пористой массы — и при более высоком давлении. Этим свойством пользуются, заполняя ацетиле­новые баллоны до давления 1,6 МПа. Ацетиленовые баллоны пред­варительно заполняют пористыми материалами — древесным углем, пемзой (инфузорной землей) иг пр.

2. Получение ацетилена. Основным способом получения ацети­лена является разложение карбида кальция водой по уравнению

СаС₂+ 2Н_аО =* С₂Н₂+ Са (ОН)_а.

При разложении 1 кг химически чистого карбида кальция выде­ляется около 340 л ацетилена и 1675 кДж тепла. Из технического карбида кальция в зависимости от его сорта и грануляции образует­ся 230...300 л/кг ацетилена.

Карбид кальция получают в электроцуговых печах сплавлением кокса или антрацита g обожженным известняком:

СаО + ЗС = СаС₂+ СО.

Расплавленный карбид выливают из печи в чугунные изложницы и после остывания дробят на куски размером 2...120 мм. Транспор­тируют и хранят карбид кальция в герметически закрытых желез­ных барабанах.

1. Ацетиленовые генераторы. Аппараты, в которых получают технический ацетилен, называются ацетиленовыми генераторами. В зависимости от принципа взаимодействия карбида кальция с во­дой различают следующие системы генераторов: «карбид в воду», «вода на карбид», а также контактного действия «погружением» и «вытеснением».

В генераторах системы «карбид в воду» (рис. V.20,я) карбид кальция из загрузочного бункера 2 периодически подается в резер­вуар 1 с водой с помощью автоматических устройств в зависимости от расхода и давления ацетилена. Генераторы этой системы наи­более производительны. Они обеспечивают наиболее полное разло­жение карбида кальция и получение чистого и охлажденного аце­тилена. Такие генераторы наименее взрывоопасны.

В генераторах системы «вода на карбид» (рис. V.20,6) карбидом кальция загружают одну или две реторты 3, в которые из отдельно­го резервуара 5 по трубе 4 подается вода. Ацетилен, образующийся при разложении карбида кальция, из реторты 3 по трубе 8 поступает в нижнюю часть генератора, где собирается под перегородкой 6.

Находящаяся здесь вода давлением ацетилена вытесняется по циркуляционной трубе 7 в верхнюю часть корпуса генератора. Отводится ацетилен из генератора трубой 9. Генераторы этой систе­мы имеют небольшую производительность, низкое давление и в боль­шинстве случаев переносные.

Генераторы контактной системы «погружением» (рис. V.20,e) или «вытеснением» (рис. У.20,г) характеризуются тем, что в них в зависимости от давления контакт карбида кальция с водой осу­ществляется периодически. В первом случае (рис. V.20,e) при уве­личении давления выше предельного газгольдер 10 поднимается и извлекает из воды корзину с карбидом кальция. В другом случае (рис. У.20,г) избыток давления ацетилена служит причиной вытес­нения воды в сообщающийся сосуд, и разложение карбида кальция также прекращается. Если давление снижается, происходит обрат­ный процесс.

Генераторы контактной системы «вытеснения» иногда строят в соединении с генераторами системы «вода на карбид» и изготавли-

Рис. V.20. Схемы основных систем ацетиленовых генераторов

вают как переносные генераторы небольшой про­изводительности .

По величине давления ацетиленовые генерато­ры делят натри типа: низкого — 0,001...0,01 МПа, среднего — 0,01...0,5 МПа и высокого — выше

0. 15 МПа. В зависимости от производительности и рода установки генераторы бывают Стационар­ными и переносными.

2. Предохранительные затворы предназначены для предохранения ацетиленовых генераторов от взрыва при обратных ударах пламени, которые возникают при нагреве мундштука сварочной го­релки выше 500°С, засорении сопла, или цент­рального отверстия, инжектора горелки и п$., р_Ис. V.21. Схе- когда скорость истечения горючего газа стано- ма водяного за- вится меньше скорости его горения. Наибо- ^тв°Р^{а защитн0}* лее распространены водяные затворы. Они в ^го ™^па зависимости от давления ацетилена в генера­торах бывают открытого и закрытого типа. Затворы откры­того типа устанавливают на генераторах низкого давления, а закрытого — на генераторах среднего и высокого давления. За­творы закрытого типа изготавливают мембранными и безмембран- ными. Безмембранные обеспечивают непрерывность работы и исклю­чают выброс пламени в помещения, где они установлены. Однако в промышленности наиболее распространены затворы мембранного типа. В таком затворе (рис. V.21) при нормальной работе газ по трубе 6, приподняв обрезиненный шариковый клапан 7, попадает в корпус 5 затвора. Отсюда по штуцеру 3 он направляется в горел­ку. При обратном ударе давление взрывной волны передается на воду и клапан 7 закрывается. В этот же момент разрывается тонкая алюминиевая или оловянная прокладка (мембрана) 4 и взрывчатая смесь выбрасывается в атмосферу.

Для контроля уровня воды в затворе предназначен кран 2, а для слива воды из затвора кран /. Водяной затвор устанавливают на генераторе, а при питании ацетиленом нескольких постов и на каждом рабочем посту.

3. Сварочные горелки являются основным инструментом газо­сварщика. Они предназначены для смешивания в нужных пропор­циях-горючего газа и кислорода для образования сварочного пла­мени необходимой мощности, размеров и формы. По способу подачи горючего газа в камеру смешения различают горелки инжекторные (низкого давления) и безынжекторные (равного давления). В про­мышленности используют преимущественно горелки инжекторные, пригодные для использования ацетилена низкого и среднего дав­ления. Принцип работы этой горелки основан на подсосе ацетилена струей кислорода. Подсос, называемый инжекцией,осуществляется следующим образом. Кислород под давлением 0,2...0,4 МПа подает­ся через ниппель 7 (рис. У.22)и регулировочный вентиль 6 в инжек­тор 4. Тот имеет узкое центральное отверстие (сопло) и продоль­

ные пазы. Выходя из от­верстия сопла с большой скоростью, кислород со­здает в камере смешения 3 сильное разрежение. Вследствие этого ацетилен, имеющий более низкое дав­ление, засасывается через

'Z 3 4 5 5 7

* \ \ / \

Рис. V.22. Схема сварочной горелки

ниппель 8, регулировочный вентиль 9 для ацетилена, внутренний канал 5 рукоятки и продольные пазы инжектора 4 в камеру смеше­ния 3. Здесь кислород и ацетилен образуют горючую смесь, которая по трубе 2 поступает в мундшгук 1. На выходе из последнего при зажигании этой смеси образуется сварочнЬе пламя. Необходимое соотношение газов в горелке регулируется кислородным 6 и аце­тиленовым 9 вентилями.

Горелка инжекторного типа имеет семь сменных наконечников, дающих возможность сваривать металл толщиной 0,5...30 мм.