Введение

Лабораторный практикум является составной частью изучения дисциплины «Газотермическая обработка металлов». В практикум включены вопросы, способствующие углублению и закреплению теоретических знаний, приобщению студентов к научно-исследовательской работе, развитию инициативы, самостоятель­ности и инженерного мышления. Практикум является учебным пособием для самостоятельного изучения вопросов разработки технологии газовой сварки и резки различных конструкционных материалов. Для луч­шего усвоения материала в методическом пособии даются в сжа­том виде основные сведения о механизме изучаемых процессов и некоторые теоретические предпосылки, на которых основываются лабораторные работы. Лабораторный практикум выдается каждо­му студенту в начале семестра. Только предварительное изучение материала по лабораторной работе обеспечит ее успешное вы­полнение во время занятий.

С целью более глубокого знакомства с теоретическими во­просами, затронутыми в лабораторных работах, рекомендуется специальная литература.

Общие требования

1. Организация выполнения лабораторных работ

Программой дисциплины «Газотермическая обработка металлов» предусмотрено выполнение лабораторных работ для закрепления теоретических знаний и получения практиче­ских навыков по самостоятельному решению технологических во­просов по газовой сварке и резке. Лабораторные ра­боты выполняются самостоятельно студентами в составе подгруп­пы в строгом соответствии с инструкциями, в отведенные по рас­писанию часы занятий. Перед началом лабораторного практикума все студенты проходят инструктаж по технике безопасности с ре­гистрацией в специальном журнале.

2. Выполнение и оформление лабораторных работ

Перед выполнением работ необходимо повторить теорети­ческий материал и подробно ознакомиться с методикой проведе­ния лабораторной работы. Выполнение работы должно начинаться со знакомства с инструкцией по технике безопасности и инструкцией по выполнению данной лабораторной работы. Перед нача­лом выполнения работы студенты должны усвоить основные пра­вила безопасной работы на данном рабочем месте, а также общую методику проведения эксперимента, основные приемы обращения с оборудованием, приборами и инструментом. По выполненной работе представляют отчет, который должен содержать:

- наиме­нование работы и ее цель;

- теоретический материал;

- используемое оборудование;

- описание методики проведения эксперимента;

- обработку результатов эксперимента в виде таблиц;

- заключение по работе.

После окончания работы каждая группа представляет препо­давателю для проверки черновик отчета с результатами опытов. От­четы о проделанной работе каждый студент представляет для окон­чательной проверки преподавателю на следующем занятии. После выполнения лабораторных работ каждый студент сдает зачет.

Работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗВОЙ АППАРАТУРЫ

Цель работы:

1. Изучить устройство, конструктивные особенности и работу основных типов газовых редукторов, горелок и резаков.

2. Исследовать основные рабочие характеристики изучаемой аппаратуры.

Содержание работы

Основной аппаратурой, входящей в состав постов газопламенной обработки металлов являются газовые редукторы, горелки и резаки.

Редукторы служат для понижения давления сжатого газа до ра­бочего, автоматического поддержания постоянства величины заданного давления, а также регулирования давления и расхода редуцируемого газа.

Редукторы классифицируются следующим образом:

1. По назначению - кислородные, ацетиленовые, водородные, пропанобутановые, метановые и т.п.

2. По пропускной способности - баллонные(постовые), рамповые(центральные) и сетевые.

3. По принципу действия - прямого и обратного действия.

4. По конструкции - пружинные и рычажные.

5. По числу камер редуцирования - однокамерные и двухкамерные.

Редукторы выпускаются по ГОСТ 6268-68 и в зависимости от назначения отличаются цветом окраски корпуса и присоединительными устройствами для крепления их к баллону или трубопроводу.

Устройство, принцип действия и техническая характеристика редукторов приведены в соответствующих инструкциях по их эксплуатации и паспортах.

Для правильного выбора редуктора нужно знать его характеристики или уметь их определить. К числу основных характеристик редукторов относятся: рабочее давление, пропускная способность, чувствительность регулировки, перепад давления и предел редуцирования.

Пропускная способность характеризуется количеством газа, которое может быть пропущено через редуктор в единицу времени. Рамповые редукторы имеют пропускную способность до , а постовые – не более .

Чувствительность регулировки характеризуется изменением рабочего давления газа при повороте регулировочного винта на ¼ оборота. Она определяется по формуле:

, (1.1)

где - показание манометра при первоначальном рабочем давлении, МПа;

- показание манометра после поворота регулировочного винта на ¼ оборота, МПа.

Для постовых кислородных редукторов чувствительность регулировки обычно составляет 0,05…0,15 МПа, а ацетиленовые 0,025…0,05 МПа.

Перепад давления представляет собой относительную величину изменения рабочего давления в камере рабочего давления редуктора при прекращении отбора газа.

, (1.2)

где - рабочее давление в камере низкого давления при отборе газа, МПа;

- давление в камере низкого давления после прекращения отбора газа, МПа.

Для постовых редукторов перепад давления обычно составляет 15 …30%.

Пределом редуцирования называется наименьшее давление газа в баллоне или сети, при котором рабочее давление в редукторе начинает быстро падать. Это вынуждает заменить баллон. Обычно пре­дел редуцирования равен 2-2,5 рабочим давлениям.

Сварочная горелка предназначена для смешивания горючего газа или жидкости с кислородом в требуемом соотношении и получения устойчивого горения сварочного пламени требуемой мощности, размеров и формы.

Горелки классифицируются, по следующим признакам:

1. По способу подачи горючего газа и кислорода и образова­ния горючей смеси - инжекторные, безынжекторные, а также внешнего смешения.

2. По числу пламен - однопламенные и многопламенные.

3. По назначению - универсальные и специализированные.

4. По роду горючего - ацетиленовые, керосиновые, пропанобутановые и др.

5. По способу применения - ручные и машинные.

Наибольшее распространение имеют инжекторные однопламенные универсальные ацетилено-кислородные горелки. Они снабжены несколькими сменными наконечниками и позволяют сваривать черные и цветные металлы, а также производить другие виды газопламенной обработки металлов.

Инжекторные горелки работают на ацетилене низкого и сред­него давления. Подача ацетилена в смесительную камеру осуществляется за счет подсоса его струей кислорода выходящего с большой скоростью из отверстия инжектора.

Для нормальной работы их давление поступающего кислорода должно быть равным 0,3…0,4 МПа, а давление ацетилена может быть значительно ниже - 0,01…0,02 МПа.

Конструкции, принцип действия и технические характеристики различных типов горелок приведены в их техническом описании.

Кислородные резаки служат для смешения горючего с кислородом, образования подогревающего пламени и подачи к разрезаемому металлу струи чистого кислорода.

Резаки классифицируются по следующим признакам:

1. По роду горючего – ацетилено-кислородные, работающие на газах – заменителях ацетилена, работающие на жидких горючих.

2. По назначению - универсальные, предназначенные для разделительной резки, и резак специального назначения(для резки сталей больших толщин, для подводной резки, вырезки отверстий, срезки заклепок, поверхностной резки и т.д.).

Так же, как и сварочные горелки, резаки имеют инжекторное устройство, обеспечивающее их нормальную работу при любом давлении горючего газа. По устройству они отличаются от обычных сварочных горелок тем, что имеют отдельный канал для подачи режущего кислорода, а также специальным устройством головки. Более подробно конструкция, принцип действия, а также технические характеристики различных типов резаков рассмотрены в технических инструкциях и паспортах на эту аппаратуру.

Качество и производительность газовой сварки и резки в значительной степени зависят от нормальной работы горелок или резаков. При контрольной проверке качества указанной аппаратуры производят целый ряд испытаний.

Проверка работы инжекторного узла производится путем определения величины разрежения в ацетиленовом канале горелки или резака с помощью ртутного или водяного манометра. Для этого на кислородный ниппель надевают кислородный шланг и в горелку или резак подают кислород под давлением 0,2…0,4 МПа. На ацетиленовый ниппель надевают шланг, соединенный с ртутным или водяным манометром. При открывании обоих вентилей разрежение определяют по разности уровней жидкости в манометре. Если при работе прибора свободный ко­нец U образной закрыт пробкой(что часто делается при работе с водяными манометрами в случае измерения значительных величин разрежения), то прибор не дает истинных значений показаний. Для определения истинной величины разрежения следует применять формулу:

, (1.3)

где - первоначальное давление воздуха в объеме под пробкой над нулевым уровнем жидкости, мм вод. ст.;

- первоначальный объем того же пространства, определяемый по шкале прибора, ;

- вторичный объем после понижения уровня жидкости, определяемый по шкале прибора, ;

- вторичное давление, мм водяного столба.

Рис.1.1

Определенное значение величины разрежения должно соответствовать паспортным данным горелки (резака).

Запас ацетилена в горелке. Для устранения возможности образования пламени с избытком кислорода в горелке всегда должен быть запас ацетилена. Это значит, что нормальное пламя регулируется при неполном открывании ацетиленового вентиля. При полном открывании его в пламени должен быть избыток ацетилена. Для определения запаса ацетилена в горелке устанавливают давление кислорода 0,2…0,4 МПа, зажигают горелку, регулируют нормальное пламя и по ротаметру замеряют расход ацетилена по формуле:

; (1.5)

где - расход измеряемого газ(приведенный к 20°С и 760 мм рт. ст.);

- расход газа по градуировочной кривой ротаметра ;

- плотность измеряемого газа ;

- плотность газа, на котором производилась градуировка ротаметра, ;

- соответственно абсолютные давления измеряемого и градуировочного газов, МПа;

- соответственно абсолютные температуры измеряемого и градуировочного газов, К.

После этого ацетиленовый вентиль открывают полностью и вновь определяют расход ацетилена.

Запас ацетилена определяют по формуле:

, (1.6)

где - расход ацетилена при полностью открытом вентиле;

- расход ацетилена соответствующий нормальной регулировке пламени.

Оборудование и материалы:

1. Кислородные и ацетиленовые редукторы различных марок.

2. Сварочные горелки различных марок.

3. Газовые резаки различных марок.

4. Водяной манометр 1 шт.

5. Ротаметры РС-3 и РС-5.

6. Кислород - 2 баллона.

7. Ацетилен - 1 баллон.

8. Шланги.

9. Инструмент для сборки газовой аппаратуры.

Порядок выполнения работы

Работа выполняется звеньями по З-4 человека на трех рабочих местах. Одно звено изучает конструкцию редукторов и определяет их рабочие характеристики; второе - конструкцию горелок и опре­деляет запас горючего, третье — конструкцию резаков и определяет величину разрежения в каналах ацетилена. По завершении работы звенья меняются рабочими местами.

А. Изучение конструкции и определение рабочих характеристик газовых редукторов

1. Изучить конструкцию и принцип действия редуктора по инструкции.

2. Разобрать редуктор, найти основные его части и уяснить взаимодействие их во время работы.

3. Определить способ присоединения редуктора к источнику газа.

4. Вычертить принципиальную схему редуктора и составить его техническую характеристику (табл.1.1).

Таблица 1.1