Газовая сварка и резка

Сущность газовой сварки заключается в том, что нагревая кромки металла пламенем, получают неразъёмное соединение. Газовую сварку выполняют как с присадочной проволокой, так и без неё (с выполненной отбортовкой – кромки замкнуты).

Область применения газовой сварки. Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий из стали толщиной до 3мм (до 5 мм), монтаже труб малого и среднего диаметров (до 100мм), сварке соединений и узлов из тонкостенных труб (до2,5 – 3мм), сварке изделий из меди и латуни, сварке чугуна, наплавка твёрдыми сплавами.

Сварочный пост – рабочее место, снабжённое необходимым оборудованием, материалами и приспособлениями:

- баллоны с газом (с кислородом и горючим газом: ацетилен или его заменители);

- редукторы;

- резиновые рукава (шланги) для подачи газов;

- горелка или резак;

- присадочная проволока;

- флюсы или сварочные порошки;

- принадлежности ( очки со светофильтрами, молоток, щётки и т. д.);

- приспособления (стеллажи, струбцины и др.);

- инструмента (кувалда, ключи и др.);

- средства пожаротушения (огнетушитель, песок).

Виды газопламенной обработки

Сварка	Пайка	Нанесение поверхностных слоев	Использование местного поверхностного нагрева)		Кислородная резка
металлов, неметаллов	мягкими припоями, твердыми припоями, наплавка	металлизация, напыление	Местная термическая обработка (с измене- структуры)	Обработка местным нагревом (без изменения структуры)	Без применения флюсов	С применением флюсов

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ

Кислород (О₂) – газ без запаха, без цвета, не горючий, немного тяжелее воздуха, газ активно поддерживающий горение. Плотность при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) и температуре 20⁰С составляет 1,33 кг/м³ , при температуре 0 ⁰С – 1,43 кг/м³.Плотность воздуха при 0⁰С – 1,29 кг/м³. Кислород химически активен, образует соединения со всеми химическими элементами кроме инертных газов (аргон и гелий). Реакции соединения с кислородом протекают с выделением большого количества тепла. При соприкосновении сжатого газообразного кислорода с органическими веществами: маслами, жирами, угольной пылью, пластмассами может произойти их самовоспламенение. При использовании кислорода необходимо следить чтобы он не находился в контакте с легковоспламеняющимися и горючими веществами. Всю кислородную аппаратуру необходимо обезжиривать. Кислород способен образовывать взрывчатые смеси с горючими газами или парами жидких горючих, что может привести к взрыву при наличии искры или открытого огня. Кислород применяют для газопламенной обработки металлов, для повышения температуры пламени при сгорании горючих газов. Получают кислород электролизом из воды и из воздуха понижением температуры до -183⁰С при уменьшении давления до 20МПа. Транспортируют кислород в сжиженном состоянии (из 1л выходит 860 кг газообразного). Для сварки и резки технический кислород выпускают трех сортов:

1 сорт – чистотой 99,7 %; 2 сорт – 99,5 %; 3 сорт – 99,2 % . Для правки металла используют кислород чистотой 92 – 98 % (ни при сварке , ни при резке не используют). Для резки используют кислород второго сорта. Чем меньше примесей в кислороде, тем выше скорость резки, чище кромки и меньше расход кислорода.

Ацетилен (С₂Н₂) – химическое соединение углерода и водорода. Газ бесцветный, с чесночным запахом (примесь сероводорода, аммиака и др.), легче воздуха в 1,1 раза. Длительное вдыхание вызывает тошноту, головокружение и даже отравение. Температура самовоспламенения зависит от давления и присутствия в ацетилене примесей. Повышение давления снижает температуру самовоспламенения. Ацетилено - воздушные смеси, содержащие от 7 до 13% по объёму, взрывоопасны. Реагируют с медью. В жидком и твёрдом состоянии ацетилен взрывается от трения и удара. Присутствие окиси меди снижает температуру самовоспламенения ацетилена с 400 до 240⁰С. Взрываемость ацетилена снижается при растворении его в ацетоне. Растворимость ацетилена в ацетоне увеличивается с увеличением давления и понижением температуры. Ацетилен получают из карбида кальция СаС₂; из природного газа и попутно при добыче нефти и угля. 20 объёмов ацетилена растворяют в одном объёме ацетона. Ацетилен используют для сварки и резки металлов для формирования газового пламени при сгорании с кислородом. Ацетилен выпускают нескольких сортов:

С₂Н₂ Марка А – 99,5 % - для питания осветительных установок; Б- 1с – 99,1 %, Б – 2с-98,8 %; газообразный – не менее 98,5%.

Ацетилен с керосином и бензином используют для аки и сварки легкоплавкого металла.

Пропан-бутан – это смесь, состоящая в основном из пропана (С₃Н₈) и бутана (С₄Н₁₀), при нормальных условиях представляет бесцветный газ, не имеющий запаха. Температура пламени 2500⁰С. Пропан-бутан относится к сжиженным углеводородным газам (СУГ). СУГ – это такие газы, которые при температуре 0⁰С и давлении 760 мм рт. ст. находятся в газообразном состоянии., а при небольшом повышении давления без изменения температуры переходят в жидкое состояние. Сжиженный газ находится в двухфазном состоянии – парожидкостном. Получают путём переработки попутных газов на нефтеперерабатывающих заводах ГОСТ 20448 – 90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. ТУ»

Марки газов:

ПТ – пропан технический (пропана менее 70%)

СПБТ – смесь пропана и бутана техническая (пропана и бутилена менее 60%)

БТ – бутан технический (бутана и бутилена более 60%)

Пропан-бутан конденсируясь уменьшается в объёмах в 250 раз. В сравнении с водой, расширяясь увеличивается в объёмах более чем в 16 раз. Паровая фаза тяжелее воздуха в 1, 5 – 2 раза, а жидкая – легче воды в 2 раза. При испарении 1 л жидкого пропан-бутана получают около 471 л газообразного (1литр жидкого пропана – 535 л пара; 1л жидкого бутана – 406 л пара). Давление насыщенных паров при температуре +45⁰С должно быть не более 16 кгс/см²

Применение пропан- бутана

- Сварка низкоуглеродистой стали толщиной до 1 мм.

- Пайка, наплавка, резка, поверхностная обработка металлов.

- Сварка чугуна, латуни, бронзы.

- Снятие асфальта при ремонте дорог.

- Обработка стекла, фаянса, фарфора.

- Сушка лесоматериалов, бумаги, зданий.

- Варка клея и битума.

Преимущества пропан-бутана:

-неагрессивен по отношению к металлам;

- мало токсичен;

- хороший растворитель (разлагает резину);

- удобен в обращении;

- сгорает полностью (отходов нет);

- быстро зажигается, хорошо регулируется;

- экономичен.

Недостатки (опасные свойства):

- пожароопасный;

- взрывоопасный (тротиловый эквивалент 0,8)

- имеет малую вязкость (утечки);

- без запаха.

Продукты горения сжиженного газа

С₃Н₈ + 3О₂ = 3СО₂+ 4 Н₂О ( углекислый газ)

С₃Н₈ + 2О₂ = 3СО + 3Н₂ + Н₂О (угарный газ)

Охлаждающие свойства пропан – бутана

При большом отборе газа жидкая фаза кипит и переходит в паровую с потреблением большого количества тепла. Жидкость охлаждается, а баллон покрывается «шубой». Обмерзание баллонов и арматуры возможно в зимнее и летнее время на открытом воздухе и в отапливаемом помещении. Для нормального парообразования максимальный отбор при температуре +20⁰С должен быть не более 1,25 м³/час.

Перепад 40 ⁰С ×0,003 × 50 л = 6л - прирост

газа при расширении

Опасные свойства пропан-бутана:

- большой коэффициент расширения; - 20 ⁰С

+ 20 ⁰С

- тяжелее воздуха в 1,5 – 2 раза;

- малая вязкость (утечки);

- низкая диффузия в атмосферу;

- низкие пределы взрываемости;

- низкая температура кипения;

- удушающее воздействие на человека.

Физико-химические свойства пропан-бутана

Газ без цвета и запаха. Для придания запаха пропан-бутан одонизируют добавляя специальное вещество (этилмеркаптан 6о – 90 г на одну тонну).

Свойства	Сжиженный газ		Природный газ		Ацетилен		МАФ*
	пропан	бутан		метан
Химическая формула	С3Н8	С4Н10		СН4		С2Н2		С2Н2
Температура воспламенения, 0С	466 - 590	405 - 570		545 - 650		335 - 500		--------------
Температура горения , 0С	2500	2500		2100		3150		2900
Температура кипения при давлении 760 мм рт. ст., 0С (газ переходит в жидкое состояние)	- 42,1	- 0,5		- 162		- 63,5		- 30,2
Теплотворная способность, ккал/м3	2600 22706	29481		9000		13620		_________
Количество воздуха, необходимого для горения 1 м3	30 23,06	30,95		9,52		11,9		14,29
Пределы взрываемости, %	1,5 - 10 2,1 – 9,5	1,5 – 8,5		5 - 15		2,5 - 80		2,3 – 11,9
Плотность при 00С и давлении 760 мм рт. ст., кг/м3	2,35 2,0	2,69		0,78		1,173		1,7
	Самая оптимальная качественная смесь 80% П+ 20% : зима 75% П + 25% Б; Лето 50% - 60% П ( до -15 0С)

*МАФ - метилацетилен – алленовая фракция (дешевле С₂Н₂ в 2 раза) используется для сварки. 1 баллон МАФ эквивалентен 4 – 5 баллонам ацетилена.

Определение утечек пропан- бутана:

- по запаху, - обмыливанием,

- на слух, - по весу,

- трава жухнет, на снегу жёлтые следы, - прибором (газоанализатором).

Мероприятия при утечке.

- Сообщить окружающим.

- Не допустить воспламенения.

- Перекрыть подачу газа.

- Вызвать аварийную службу.

- Обесточить загазованное помещение.

- Организовать охрану.

- Проветрить помещение (сквозняк).

Действия пропан-бутана на человека:

- травмы и ожоги ( при взрыве газа);

- обморожение ( при попадании на кожу);

- удушение от большого содержания в воздухе;

- отравление от неполного сгорания ( угарный газ),

- наркотическое воздействие (недомогание, головокружение, тошнота, рвота). В организме не накапливается.

МАТЕРИАЛЫ.

Флюсы. Выполняют роль посредников при сварке, бывают плавленные и неплавленные; основные и кислые (подбирают в зависимости от металла).

Требования к флюсам:

- должен быть более легкоплавким, чем основной металл и присадочный металл;

- должен хорошо растекаться по поверхности нагретого металла;

- не должны выделять ядовитых газов;

- должен обладать высокой реакционной способностью;

- образующий шлак должен защищать ванну от кислорода и азота воздуха;

- шлак должен хорошо отделяться;

- флюс должен сохранять свои свойства на протяжении всего процесса сварки;

- должен быть дешёвым и недефицитным.

В качестве флюсов используется бура, борная кислота, окислы и соли бария, калия, лития, натрия, фтора и др.

Сварочная проволока. Служит для заполнения зазора между кромками свариваемого металла и образования валика шва ГОСТ 2246 – 70 «Проволока стальная сварная. ТУ». В сварочную ванну присадочный металл вводят в виде проволоки, прутков, полосок нарезаемых из металла того же или близкого состава, что и свариваемый металл. Проволока поставляется в мотках, ка катушках и в кассетах (для автоматической или механизированной сварки). Диаметр от 0,3 до 12 мм. Проволоку выпускают 77 марок омедненную и неомеднённую:

- . 6 марок низкоуглеродистой проволоки Св – 08; Св – 08А; Св – 08АА; Св08ГА; Св – 10ГА; Св – 10Г2 ( Св – сварочная, А – улучшенное качество, низкое содержание серы и форфора, 08 - %содержания углерода в сотых долях процента, Г2 – 2% марганца

- 30 марок легированной: Св 08ГС, Св 42 ГС, Св 08Г2С, Св 08ХГС (Х – хром, Г- марганец, С – кремний (до 1%);

-41 марка высоколегированной неомеднённой и омеднённой проволоки;

Св –06Х19Н9Г (хрома 19%, никеля 9%, титана до 1%); Св - 12 Х13 (хрома 13%); Св – 07 Х19 Н10Б ( хром – 19%, никель 10%, Б- ниобий; кобальт – Д);

4Св – 08А-0 ГОСТ2246-70 –проволока сварочная диаметром 4 мм марки Св- 08А с омеднённой поверхностью.

Требования к присадке (проволоке):

1. Температура плавления проволоки должна быть равна температуре плавления основного металла.

2. Проволока должна плавиться ровно, без разбрызгивании.

3. Проволока должна способствовать получению наплавленного металла по свойствам близкого к основному.

4. Проволока должна содержать минимальное количество вредных примесей

5. Поверхность проволоки должна быть ровно и чистой – без окалины, ржавчины, масла, краски и др. загрязнений.

Карбид кальция

Карбид кальция является основным сырьем для получения ацетилена.

Карбид кальция — химическое соединение кальция с углеродом (СаС2). Карбид кальция представляет собой твердое вещество темно-серого или коричневого цвета . имеет резкий чесночный запах и жадно поглощает воду, выделяет ацетилен. СаО + 2Н₂0 = С₂Н₂ + Са (ОН)₂

Получают сплавлением кокса негашеной известью по реакции: СаО + ЗС == СаС₂ + СО

Затвердевший карбид кальция дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Технический карбид кальция содержит 75% химически чистого карбида кальция, остальное — примеси (негашеная известь, окислы железа, магния, алюминия и др).

На складах и рабочих местах его хранят в специальных бидонах, снабженных герметической крышкой. Вскрывать барабаны с карбидом кальция необходимо специальным латунным ножом или латунным зубилом и молотком с соблюдением меры безопасности, исключающих возможность образования искры. При раскупорке барабана за счет влаги воздуха может образоваться взрывоопасная ацетилено-воздушная смесь.

Керосин является продуктом переработки нефти и представляет собой бесцветную желтоватую легко испаряющуюся жидкость. Керосин, применяемый для сварки и резки металлов, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 4753—68. Керосин применяют также для сварки и пайки легкоплавких цветных металлов.

Бензин является продуктом переработки нефти. Он представляет собой легко испаряющуюся прозрачную жидкость с резким характерным запахом. Пары бензина при сгорании в кислороде дают температуру пламени 2400—2500° С. Для очистки бензина его фильтруют через войлок. Бензин используется для кислородной резки, а также для сварки и пайки легкоплавких, металлов.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ

Ацетиленовый генератор - устройство для получения ацетилена

С₂Н₂) путем разложения карбида кальция (СаС₂ – серая каменистая масса) водой.

ВНИМАНИЕ: ацетилен образует с воздухом взрывоопасные смеси.

Порядок работы

1. Проводят внешний осмотр генератора, затвора, соединений

2. Заливают воду через горловину до уровня контрольной пробки

3. Загружают корзину карбидом кальция массой и грануляцией, соответствующими

паспорту

4. Осторожно опускают корзину в генератор. При контакте с водой выделяется ацетилен, который вытесняет воздух из гаэообразователя (продувка)

5. Через 5-10 с крышку герметизируют, затягивая винт по часовой стрелке

6. В процессе образования ацетилена следят за показаниями манометра

7. При падении давления в генераторе его разряжают

Правила откупорки барабанов с карбидом кальция

- При вскрытии барабана зубилом вырубку начинают со стороны, обратной продольному шву барабана. Зубило и молоток должны быть из материалов, не образующих искр.

- При вскрытии барабана специальным ножом на место реза наносят слой тавота толщиной 2-3 мм.

- Карбид кальция доставляют в герметичных бидонах. Допускается для разовой зарядки доставлять его в ведре, прикрытом брезентом или резиной.

Работать

в рукавицах и очках

Предохранительные затворы и клапаны

Предохранительный затвор – это устройство, предохраняющее генераторы и газопроводы от попадания в них взрывной волны при обратных ударах пламени из горелки или резака. Затворы бывают жидкостные и сухие.

Жидкостной Сухой

1. Штуцер

2. Внутренний корпус

3. Гайка нижняя наружного корпуса

4. Пламегасящий элемент

5. Фиксирующие шарики

6. Гайка верхняя наружного корпуса

7. Втулка

8. Мембрана

9. Пламеотбойник

10. Седло

11. Подвижной шток 12,13. Пружина

14. Отсечный клапан

15. Шток

1. Выходной ниппель

2. Рассекатель

3. Контрольный кран

4. Корпус

5. Пробка

6. Колпачок

7. Шариковый клапан

8. Штуцер

9. Пробка

10. Тройник

11. Газоподводящая труба

12. Вентиль

Принцип действия

- Ацетилен от генератора, поступая снизу, поднимает шарик клапана (7), проходит через слой воды и выходит к потребителю, огибая рассекатель (2)

- При обратном ударе под действием давления на воду шарик клапана (7) закрывает входное отверстие, препятствуя проникновению пламени в ацетиленовый генератор

- Ацетилен от генератора поступает в затвор через штуцер (1), пройдя через мембрану (8) и поры пламегасящего элемента (4), и поступает к потребителю

- При обратном ударе ударная волна разрушается пламеотбойником (9), а пламя гасится в порах пламегасящего элемента (4)

- Под действием давления седло (10) и шток (15) смещаются вниз, и отсечный клапан (14) закрывается, перекрывая доступ ацетилена.

Затворы и предохранительные клапаны устанавливают между ацетиленовым генератором или ацетиленопроводом и горелкой или резаком.

Обратный удар – это воспламенение горючей смеси в каналах горелки или резака и распространение пламени навстречу потоку горючей смеси (к баллонам). Обратный удар характеризуется хлопком и гашением пламени. Обратные удары возникают если:

- низкое давление кислорода;

-вода в шлангах;

- шланги перекручены;

- плохо затянута накидная гайка;

- засор мундштука или его перегрев;

- малая скорость истечения горючей смеси.

Скорость истечения горючей смеси должна быть больше скорости сгорания.

БАЛЛОНЫ ДЛЯ ГАЗОВ

Баллоны служат для транспортировки и хранения газов.

Характеристика АПЯКТЮИСТИКЭ	Газ внутри балле		>на
баллона	Кислород	Ацетилен	Пропан
Размеры, мм высота диаметр	1370 219	1370 219	950 309
Масса без газа, кг	67	83	35
Давление газа, МПа	15		1,6
Состояние газа	Сжатый	Раство­ ренный	Сжижен­ ный
Емкость, дм3	40	40	55
Количество газа	6м3	5,32 м3	24 кг

Кислородный баллон представляет собой стальной цельнотянутый цилиндрический сосуд с выпуклым днищем, на которое напрессован башмак (для устойчивости и амортизации). Вверху баллона горловина с конусным отверстием для вентиля. На горловину навёртывается предохранительный колпачок. Газ находится под давлением 150 кг/см² Баллон голубой, надпись чёрная. На штуцер вентиля наворачивается заглушка (не всегда).

Ацетиленовый С₂Н₂ баллон. По конструкции подобен кислородному. Баллон заполнен пористой массой из смеси активированного угля и пемзы, которая пропитана ацетоном. Ацетилен растворяется в ацетоне и становится взрывобезопасным. Давление ацетилена в баллоне повышается с увеличением температуры окружающей среды. При 20 ⁰С давление не должно превышать 1,9 Мпа (19 кгс/см²). Для уменьшения потерь ацетона баллоны во время работы должны быть в вертикальном положении. Баллон белый, надпись красная. Баллон открывают на 0,7 – 1 оборот, ключ на вентиле.