Лабораторная работа № 4 Газовая сварка и термическая резка

4.1. Цель работы

Изучить основы теории и ознакомиться с оборудованием и аппаратурой для га­зовой сварки и термической резки.

Выполнить лабораторную работу и исследовать влияние режимов кислородной резки на качество реза.

4.2. Сущность газовой сварки металлов

В строительстве газовая сварка находит широкое применение при монтаже трубопроводов в системах водоснабжения и отопления жилых и производственных зданий.

С помощью газового пламени производят наплавку поверхностных слоев изношенных частей машин и оборудования (зубьев ковшей экскаваторов, ножей бульдозеров и т.п.).

4.2.1. Сварочное пламя

Источником тепла при сварке является сварочное пламя газовой горелки, которое получается в результате сгорания смеси горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом.

Чаще всего для сварки применяют ацетилено - кислородное пламя, так как оно дает наивысшую температуру (3150 °С) и содержит в вос­становительной зоне вещества - раскислители (СО и Н₂). Основ­ным сырьем для получения ацетилена является карбид кальция (СаС₂)

Ацетилен получают в генераторах путем разложения (гидролиза) кусков карбида кальция водой по следующей реакции кДж/г·моль:

СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са(ОН)₂+ Q/

Из 1 кг товарного карбида кальция получается 230-280 л ацетилена, 1,154 кг гашеной извести и выделяется 400-450 калорий тепла. В связи с тем, что при этой реакции выделяется много тепла, для охлаждения газа на I кг карбида требуется от 5 до 20 л воды.

Сварочное ацетилено-кислородное пламя состоит из 3-х зон: ядро пламени, восстановительная зона и факел (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Распределение температур по зонам сварочного пламени

а) нормального ацетилено-кислородного; б) метанокислородного;

в) пропан-бутан-кислородного; 1 - ядро; 2 - восстановительная зона;

3 - факел; 4 - свариваемый металл; / - длина ядра

В ядре пламени происходит частичное термическое разложение ацетилена с образованием углерода и водорода. Твердые раскаленные частицы углерода вызывают яркое свечение ядра пламени, хотя температура в этой зоне относительно невысока - от 300 до 1000 С.

В восстановительной зоне происходит сгорание ацетилена в кислороде с образованием закиси углерода и водорода (СО и Н₂). Эта смесь газов обладает восстановительными свойствами по отно­шению к окислам железа. Восстановительная зона находится в 2-3 мм от ядра пламени и имеет максимальную температуру 3050-3150 °С. Именно этой зоной ведут нагрев и сварку стальных деталей.

В третьей (окислительной) зоне протекает вторая стадия сго­рания ацетилена в атмосферном кислороде с образованием двуокиси углерода и воды, которые при высокой температуре окисляют железо. Температура этой зоны 1200 - 2500 °С.

Газовую сварку большинства металлов и сплавов выполняют нор­мальным (восстановительным) ацетилено-кислородным пламенем, ког­да отношение объема кислорода к объему ацетилена находится в пре­делах 1,1 - 1,3. При отношении О₂/С₂Н₂ более 1,3 пламя имеет окислительный характер ввиду избытка кислорода. При соотношении О₂/С₂Н₂ менее 1,1 пламя имеет избыточный ацетилен, который рас­падается на свободный водород и углерод. Последний может поглощаться жидким металлом сварочной ванны, поэтому пламя называют науглероживающим. Науглероживающее пламя (с небольшим избытком ацетилена) применяют при сварке чугуна.