Міністерство освіти і науки України Житомирський державний технологічний університет

Виконав

Перевірив

Звіт

Лабораторна робота №4 Газове зварювання металів

Кафедра загальних інженерних дисциплін Група МБ-3

Леонов Василь Миколайович

Сніцар Володимир Григорович

2014

Лабораторна робота № 4

Газове зварювання металів

Сутність способу газового зварювання

Для одержання зварного з’єднання при газовому зварюванні кромки основного металу деталей, що зварюються, та присадний метал нагрівають до рідкого стану полум’ям суміші горючих газів і кисню, спалюваної за допомогою спеціальних зварювальних пальників. Газове зварювання широко використовується при різноманітних ремонтних роботах, при виготовленні газових та інших трубопроводів, при виправленні дефектів виливків із сірого чавуну та бронзи, а також у виробництві виробів із кольорових металів і сплавів.

Газове зварювання, як правило, здійснюють із застосуванням присадного матеріалу у вигляді дроту. Якщо формування шва можливе за рахунок розплавлення кромок основного металу (наприклад, кромки деталей, що з’єднуються, відбортовані), то присадний матеріал не використовується.

Горючі гази та газозварювальне полум’я

В якості горючих газів у промисловості застосовують ацетилен, пропан-бутанову суміш, водень, природний газ (метан) та ін. Застосовуючи горючі гази у суміші з киснем, можна одержувати пальну суміш із температурою полум’я 2400...3200 °С. Ацетилен має найбільшу теплотворну здатність у порівнянні з інтими горючими газами та високу температуру згоряння (3200 °С), що дозволяє використовувати його при газовому зварюванні сталей, чавунів та більшості інших металів і сплавів. Для зварювання кольорових металів і сплавів, температура плавлення яких нижча за температуру плавлення сталі, можуть бути використані інші горючі гази, що дають більш низьку температуру горіння.

Ацетилен (С2Н2) - горючий газ із теплотворною здатністю не менше 52800 кДж/м3 при 20° С і тиску 0,1 МПа. Основним способом одержання ацетилену є розкладання карбіду кальцію (СаС2) при взаємодії з водою у спеціальних апаратах – газогенераторах :

СаС2 + 2Н20 = С2Н2 + Са(ОН}2.

При реакції з водою 1 кг технічного карбіду кальцію дає газоподібного ацетилену 230... 280 л.

Ацетилен вибухонебезпечний при надлишковому тиску понад 0,175 МПа і при нагріванні понад 500 °С. Якщо нагріти ацетилен понад 150... 180 °С, то починає відбуватися процес полімеризації ацетилену з утворюванням нових сполук - бензолу (С6Н6), стиролу та ін. Полімеризація супроводжується виділенням значної кількості тепла, що також може призвести до вибуху. Якщо вміст ацетилену у повітрі (або у суміші з киснем) перевищує 2,2 %, то утворюється вибухонебезпечна суміш, яка вибухає від іскри або відкритого вогню. Ацетилен добре розчиняється в ацетоні (в одному об’ємі ацетону при тиску 0,15 МПа розчиняється 23 об’єми ацетилену). З підвищенням тиску розчинність ацетилену в ацетоні пропорційно збільшується. У розчиненому в ацетоні стані ацетилен не вибухає при тиску 1,6 МПа, а якщо є пориста речовина - не вибухає і ще при більшому тиску. Останню властивість використовують для безпечного збереження ацетилену в балонах Виконують зварювання при безпосередньому живленні ацетиленом від генератора або ацетиленових балонів, пофарбованих у білий колір. В ацетиленових балонах газ зберігається під тиском до 1,9 МПа.

Пропан-бутанова сумії: (СН3СН2СН3 - пропан, СН3(СН2)2СН3 - бутан) - безбарвний газ із різким запахом, яка є побічним продуктом при переробці нафти. Суміш легко переходить у рідкий стан (бутан зріджується при -0,5 °С, а пропан при -42,1 °С) при атмосферному тиску. Зріджену суміш зберігають тільки в закритих ємностях, тому що випаровування рідини відбувається навіть при від’ємних температурах.

До місця зварювання суміш доставляють у рідкому стані в сталевих балонах, пофарбованих у червоний колір при атмосферному тиску або по газопроводах через пропускну рампу.

При випаровуванні 1 кг рідкої пропан-бутанової суміші утворюється 500 дм3 газу.

Водень (Н2) у нормальних умовах являє собою горючий газ без кольору й запаху. Це найлегший з газів, він у 14,4 рази легший за повітря. Теплотворна здатність водню більша, ніж в ацетилену, але температура горіння менша. Водень утворює у певних пропорціях з повітрям і киснем вибухонебезпечні суміші. Тому при зварювальних роботах необхідно суворо дотримуватися правил техніки безпеки.

Одержують водень розщепленням води електричним струмом. До місця зварювання водень доставляють в газоподібному стані у сталевих балонах під тиском до 15 МПа. Балони для водню фарбують у зелений колір. Водень, що застосовується для зварювальних робіт, повинен за-довольняти вимоги ГОСТ 3022-70 «Водень технічний».

Кисень (02) при нормальних умовах - безбарвний негорючий газ, який активно підтримує горіння. Кисень окислює всі хімічні елементи, крім деяких інертних газів. Реакції з’єднання з киснем, що протікають з виділенням великої кількості тепла, носять екзотермічний характер.

Кисень для промисловості одержують зі зрідженого повітря при температурі -185 °С. При нормальному атмосферному тиску і температурі 20 °С маса 1 м3 газоподібного кисню складає 1,091 кг. 31л рідкого кислю при випаровуванні утворюється 790 дм3 газоподібного. Для зварювання та різання згідно ГОСТ 5583-78 технічний кисень ви¬пускається трьох сортів: | сорт - з чистотою не менше 99,7 %> II сорт - не менше 99,5 %, |ІІ сорт - не менше 99,2 %.

До місця зварювання кисень доставляють у сталевих балонах блакитного кольору під тиском 20 МПа або по трубопроводах.

Карбід кальцію (СаС2) - основна сировина для одержання ацетилену безпосередньо на місці зварювання. Отримують його сплавленням вапна і коксу при температурі 1900 ...2300 °С в електричних печах. Карбід кальцію активно взаємодіє з водою та інтенсивно поглинає вологу з лсвітря, виділяючи при цьому ацетилен.

З 1 кг карбіду кальцію, в залежності від його чистоти та грануляції, можна одержати від 235 до 285 дм3 ацетилену. Карбід кальцію транспортують у спеціальних герметично закритих сталевих ємностях.

Газозварювальне полум’я утворюється в результаті згоряння ацетилену або іншого горючого газу, що змішується у визначених пропорціях із киснем у зварювальних пальниках.

Ацетиленово-кисневе полум’я складається з трьох зон: ядра полум’я 1, середньої (зварювальної) зони 2, факела полум’я 3. Найвища температура полум’я спостерігається наприкінці середньої зони.

У першій зоні відбувається екзотермічний розпад ацетилену на складові елементи - вуглець та водень:

2С2Н2 + 202 = 4С + 2Н2 + 202.

Температура першої зони не перевищує 1000 °С, а саме ядро полум’я яскраво світиться за рахунок часток вуглецю, що розжалилися.

У другій зоні відбувається неповне згоряння часток вуглецю:

4С + 2Н2 + 202 = 4СО + 2Н2.

Внаслідок утворення окису вуглецю та водню друга зона має відновлювальний характер. Найбільш висока температура у цій зоні знаходиться на відстані 2...4 мм від кінця зони. Цю частину полум’я й використовують при газовому зварюванні.

У третій зоні за рахунок кисню повітря відбувається згоряння окису вуглецю та водню:

4СО + 2Н2 + 302 = 4С02 + 2Н20.

Теплову потужність газозварювального полум’я, що визначається втратою ацетилену (дм3/год), обчислюють за емпіричною формулою:

Р = А + g,

де А - коефіцієнт, що визначається дослідним шляхом (для вуглецевих сталей А - 100, для міді А = 150, для алюмінію А = 75); g - товщина металу, мм.

Для розрахунків із заміни ацетилену іншим газом користуються коефіцієнтом заміни ацетилену у. Коефіцієнт заміни ацетилену - це відношення витрат газу-замінника Vз до витрат ацетилену Vа при однаковій тепловій потужності.

Газозварювальні пальники

Газозварювальні пальники - це головний інструмент газозварюва- лькака. Пальники призначені для змішування у необхідних пропорціях горючого газу з киснем для утворення зварювального полум’я необхід¬ної потужності, розмірів і форми. Зварювальні пальники відповідно до ГОСТ 1077-69 поділяються наступним чином:

1. За способом подачі горючого газу та кисню в змішувальну каме¬ру (інжекторні та безінжекторні).

2. За родом горючого газу, що застосовується (ацетиленові, для різ¬них газів-замінників).

3. За призначенням - універсальні (зварювання, різання, паяння, та наплавлення) і спеціалізовані (для виконання однієї операції).

4. За кількістю джерел полум’я - однополуменеві, багатополум ене-

ві.

5. За потужністю полум’я - пальники мікро потужності (виграти ацетилену ~ 5...60 л/год), малої потужності (25...700 л/год\ середньої потужності (50.. .2500 л/год), великої потужності (2500.. .7000 л/год).

У промисловості найбільш поширені інжекторні пальники, придатні для використання ацетилену низького та середнього тиску. Принцип роботи такого пальника засновано на підсмоктуванні (інжекції) ацетилену струменем кисню.

Ацетилен і кисень подаються через ацетиленовий 1 і кисневий 2 ніпелі. На корпусі 6 держака-рукоятки 3 знаходяться регулювальні вентелі 4 та 5. За допомогою накидної гайки 7 до корпусу б приєднуються змінні наконечники 9, які м лоть змішувальну камеру 8 та мундштук 10. Кисень під тиском 0,2... 0,4 МП а подається крізь вузьке сопло в інжектор 11, який має поздовжні пази для надходження ацетилену. Кисень створює, завдяки великій швидкості, у камері 8 розрідження, завдяки чому через поздовжні пази інжектора засмоктується ацетилен, який має значно менший тиск.

Різаки. Для кисневого різання із застосуванням ацетилену використовують те ж саме обладнання, що й для ацетиленового зварювання, але замість зварювального пальника застосовують так званий різак, зазвичай інжекторного типу.

Конструкція різака майже така сама, як і ацетиленового пальника. Кисень подається через кисчевий ніпель І, а ацетилен через свій ніпель 12. Різак має три регулювальних вентилі: два для кисню - 2 і 3, один для ацетилену -11. Основний потік кисню спрямовується в інжектор

за допомогою якого засмоктується ацетилен, що змішується з киснем у змішувальній камері 9. По трубці 8 суміш ацетилену з киснем подається у зовнішній пальниковий мундштук 7 головки 5. До внутрішнього різального мундштука б трубкою 4 подається додатковий кисень.