Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология металлов и сварка. Раздел «Сварочное производство». Учебно-методическое пособие
.pdf
газа, оплавляет свариваемые поверхности и присадочный
материал с образованием общей сварочной ванны.
В качестве горючего газа чаще всего используют
ацетилен (С2Н2) с теплотой сгорания 54 кДж/м3. Ацетилен
имеет максимальную теплоту сгорания по сравнению с
другими горючими газами и, соответственно, самую
о
высокую температуру пламени (3200
С), поэтому он более
предпочтителен для газовой сварки. Его получают в
специальных аппаратах (газогенераторах) взаимодействием
воды с карбидом кальция по реакции:
СаC
+ 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2.
2
Ацетилен взрывоопасен при давлении выше 0,175
МПа, хорошо растворяется в ацетоне. В одном объеме
ацетона при давлении 0,15 МПа растворяется 23 объема
ацетилена. Это свойство ацетилена используют для его
безопасного хранения в баллонах. В баллон помещают
пористый активированный уголь, ацетон и ацетилен.
Растворенный в ацетоне ацетилен пропитывает пористую
массу активированного угля и становится безопасным. Такой
способ позволяет хранить большое количество ацетилена в
емкости малого объема.
В качестве горючих газов также можно применять
природный газ, водород и др. Перечисленные горючие газы
используются главным образом для кислородной резки, не
требующей высокой температуры пламени.
Металлургические процессы при газовой сварке
характеризуются следующими особенностями: малым
объемом ванны расплавленного металла; высокой
температурой и концентрацией тепла в месте сварки;
интенсивным перемешиванием металла сварочной ванны
газовым потоком пламени; химическим взаимодействием
расплавленного металла с газами сварочного пламени.
Ацетилен-кислородное пламя состоит из трех зон
(рис. 8): ядра пламени 1, средней зоны 2 и факела пламени 3.
В зоне 1 происходит постепенный нагрев газовой смеси до
21
температуры воспламенения; в зоне 2 – первая стадия
горения ацетилена за счет кислорода, поступающего из
баллона, по реакции:
С2Н2 + О2 = 2СО + Н
2
Рис. 8. Строение сварочного пламени
Зона 2, имеющая самую высокую температуру и
обладающая восстановительными свойствами, называется
сварочной, или рабочей, зоной.
В зоне 3 протекает вторая стадия горения ацетилена за
счет атмосферного кислорода:
2СО + Н
Образующиеся при этом пары воды и СО
+ 1/2О2 = 2СО2 + Н2О
2О2
при
2
высоких температурах окисляют металл, поэтому третью
зону называют окислительной.
В нормальном сварочном пламени соотношение
О2/С2Н2=1,1. При увеличении содержания кислорода пламя
22
становится окислительным и может быть использовано лишь
при сварке латуни. В этом случае избыточный кислород
образует с содержащимся в латуни цинком тугоплавкие
оксиды, пленка которых препятствует испарению цинка. При
увеличении содержания ацетилена пламя становится
восстановительным и применяется для сварки черных и
цветных металлов, так как компенсирует выгорание углерода
и восстанавливает оксиды цветных металлов,
образовавшиеся на их поверхности.
Недостатком газовой сварки по сравнению с
электродуговой является меньшая скорость нагрева металла
и большая зона теплового воздействия на металл, что может
привести к короблению свариваемых деталей. Медленный
нагрев при газовой сварке определяет основные области ее
применения: для сварки металлов малой толщины (до 3 мм);
легкоплавких металлов и сплавов; для пайки и наплавочных
работ.
При увеличении толщины металла
производительность газовой сварки резко снижается,
повышается степень деформации свариваемых изделий, что
ограничивает использование газовой сварки по сравнению с
другими видами сварки. Преимуществом газовой сварки
является ее автономность (возможность применения при
отсутствии источников электрической энергии).
Оборудование для газовой сварки
В комплект оборудования для проведения
газосварочных работ входят, как правило, ацетиленовый и
кислородный баллоны, шланги и горелка. Горючие газы,
используемые для сварочных работ, поставляют к месту
потребления в стальных баллонах. На нижнюю часть баллона
прикрепляют башмак, позволяющий ставить баллон
вертикально. Для снижения давления газа на выходе из
баллона и поддержания постоянного рабочего давления
применяют газовые редукторы.
23
Кислородные редукторы понижают давление от 15 до
0,1 МПа, ацетиленовые – от 1,6 до 0,02 МПа. Редукторы,
применяемые в сварочной технике, обычно имеют два
манометра, один из которых измеряет давление газа на входе
в редуктор, второй – на выходе из него. Корпус редуктора и
газовые баллоны окрашивают в определенный цвет для
каждого газа.
Кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет с
черной надписью "Кислород". Ацетиленовые баллоны
окрашены в белый цвет с красной надписью "Ацетилен".
Кислород от редуктора подают к сварочной горелке через
специальные резиновые шланги.
Сварочное пламя образуется в результате сгорания
ацетилена, смешивающегося в определенных пропорциях с
кислородом в сварочных горелках. В сварочном
производстве распространены инжекторные горелки (рис. 9),
так как они наиболее безопасны и работают на низком и
среднем давлениях.
Рис. 9. Устройство инжекторной горелки.
1,16-кислородный и ацетиленовый ниппели; 2 – рукоятка;
3, 15 – кислородная и ацетиленовая трубки; 4 – корпус горелки;
5, 14 – кислородный и ацетиленовый вентили; 6 – ниппель
наконечника; 7 – мундштук; 8 – наконечник; 11-трубка горючей
смеси; 12 – смесительная камера; 13 – инжектор
24
В инжекторной горелке кислород под давлением 0,10,4 МПа через регулировочный вентиль 5 подается к
инжектору 13. Выходя с большой скоростью из узкого
канала инжекторного конуса, кислород создает значительное
разрежение в смесительной камере 12, вследствие чего
ацетилен засасывается в смесительную камеру, образуя
горючую смесь с кислородом. Затем горючая смесь
поступает по наконечнику 8 к мундштуку 7, на выходе из
которого в результате химической реакции сгорания
ацетилена в кислороде образует сварочное пламя.
Таким образом, для генерации сварочного пламени
сначала необходимо открыть кислородный вентиль, а затем –
ацетиленовый. Чтобы погасить сварочное пламя, необходимо
сначала перекрыть ацетиленовый вентиль, а потом –
кислородный. При невыполнении этого условия пламя
проникает в ацетиленовый канал, что приводит в
большинстве случаев к обратному удару.
Инжекторные горелки имеют сменные наконечники с
различными диаметрами выходных отверстий инжектора и
мундштука, что позволяет регулировать мощность ацетиленкислородного пламени.
Обычно горелки имеют семь номеров сменных
наконечников (чем больше номер, тем больше расход газа и
шире получаемый шов). Это позволяет сваривать изделия из
тонкого листового металла и металлоёмкие детали.
Технология газовой сварки
Различают два основных способа газовой сварки:
правый (рис. 10) и левый (рис. 11). При правом способе
процесс сварки ведется слева направо. При левом способе
процесс сварки производится справа налево. Горелка
перемещается вслед за присадочным прутком, а пламя
направляется на свариваемые кромки и подогревает их,
подготавливая к сварке.
При сварке швов в нижнем положении выбор способа
сварки зависит от толщины металла. Правый способ
25
применяют при сварке металла толщиной более 5 мм. Пламя
горелки при этом способе ограничено с двух сторон
кромками изделия, а спереди наплавленным валиком, что
значительно уменьшает рассеивание теплоты и повышает
степень ее использования.
Рис.10. Правый способ газовой сварки
Рис.11. Левый способ газовой сварки
26
Выбор способа сварки зависит также от
пространственного положения шва. Сварку вертикальных
швов снизу вверх следует производить левым способом.
Сварка горизонтальных швов осуществляется справа налево.
Потолочные швы легче сваривать правым способом, так как
в этом случае газовый поток пламени направлен
непосредственно на сварной шов и тем самым препятствует
вытеканию металла из сварочной ванны.
Положение горелки определяется углом наклона ее
мундштука к поверхности свариваемого металла; этот угол
зависит от толщины соединяемых кромок изделия и
теплопроводности металла. Чем толще металл и чем выше
его теплопроводность, тем больше должен быть угол наклона
мундштука горелки. Такое положение мундштука
способствует более концентрированному нагреву металла
вследствие подведения большего количества теплоты на
единицу площади. В начале сварки для быстрого и лучшего
прогрева металла устанавливают наибольший угол наклона,
затем в процессе сварки этот угол уменьшают до нормы, а в
конце сварки угол постепенно уменьшают, чтобы лучше
заполнить кратер и предупредить пережог металла.
В процессе сварки мундштук горелки и присадочный
пруток совершают одновременно два движения: одно –
поступательное вдоль оси сварного шва и второе –
колебательное поперек оси шва. При этом конец
присадочного прутка движется в направлении, обратном
движению мундштука (рис. 12).
Рис. 12. Направления движения сварочной горелки и присадочной
проволоки
27
Марку присадочной проволоки выбирают в
зависимости от состава свариваемого металла, а её диаметр –
в зависимости от толщины свариваемых деталей. Диаметр
присадочной проволоки d (мм) при сварке металла толщиной
до 15 мм левым способом определяют по формуле:
d = (s/2) + 1,
где s – толщина свариваемых деталей, мм.
При правом способе сварки диаметр присадочной
проволоки равен половине толщины свариваемого металла.
При сварке металла толщиной более 15 мм применяют
проволоку диаметром 6-8 мм. Способы газовой сварки
показаны на рис. 13.
Рис. 13. Технологические приемы газовой сварки
Газовая резка металла
Технологический процесс резки металлов основан на
горении нагретого металла в струе чистого кислорода (рис.
14). При газовой резке происходит локальное сжигание
металла в струе кислорода и удаление этой струей
образующихся оксидов.
28
Рис. 14. Схема газовой резки металла
1 - кислородная струя; 2 - пламя горелки; 3 –заготовка;
4 – разрез; 5 – окислы
Для возбуждения процесса горения металл 3
нагревается пламенем газовой горелки 2 до температуры его
воспламенения в кислороде.Затем в зону резки направляется
струя кислорода 1, и нагретый металл начинает гореть.
Горение металла сопровождается выделением тепла, которое
совместно с пламенем горелки разогревает низлежащие слои
металла на всю его толщину. Образующиеся оксиды 5
расплавляются и выдуваются струей кислорода из зоны реза
4. Для осуществления процесса резки должны соблюдаться
следующие условия:
1. Температура плавления металла должна быть выше
температуры его горения в кислороде. В противном случае
металл будет плавиться и переходить в жидкое состояние до
начала резки.
2. Температура плавления оксидов металла должна
быть ниже температуры его плавления, чтобы образующиеся
шлаки находились в жидкотекучем состоянии.
29
3. Количество тепла, выделяемое при сгорании
металла в струе кислорода, должно быть достаточным для
поддержания непрерывности процесса резки.
На рис. 15 показана конструкция газового резака.
Рис. 15. Конструкция газового резака.
1 – пламя горелки; 2 – кислородная струя; 3 – мундштук;
4 – кислородная трубка
Конструкция газового резака повторяет конструкцию
инжекторной горелки; отличие состоит в том, что газовый
резак имеет отводную трубку от кислородной магистрали с
дополнительным вентилем, который открывают только после
разогрева металла. Мундштук резака имеет многоканальную
конструкцию, что позволяет сократить время на нагрев
металла, т.е. увеличить скорость резки. Зажигание пламени
резака и его отключение осуществляются аналогично
подобным операциям для инжекторной горелки.
Газовая резка может быть ручной и
механизированной. Ручная резка вследствие
неравномерности перемещения резака и вибрации режущей
струи не обеспечивает высокого качества реза, поэтому
поверхность реза обычно нуждается в механической
обработке. Для получения высокого качества реза
применяют машинную резку, которая обеспечивает
равномерное перемещение резака по длине реза, строгую
перпендикулярность режущей струи к разрезаемой
поверхности и стабильное расстояние от мундштука до
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]