Сварочная практика отчет 2

Методическое пособие к проведению учебной практики по сварке металлов по курсу «Технология конструкционных материалов и материаловедение» для студентов специальности С.03.01.00 «Механизация сельскохозяйственного производства». Часть II (газовая сварка) рассмотрено на заседании методической комиссии факультета «Технический сервис и АПК» и рекомендовано к изданию на ротапринте БГАТУ.

Протокол № 2 от 21 февраля 2001 г.

Составители: доц. Калиновский В. Р., проф. Кмщепич В. М., проф. Шелег В. К.

Рецензент: ст.препод.кафедры «Ремонт мшннн» Кшпко В. М.

j

3. Техника безопасности и охрана труда при проведении газо-

^Технология получения сварных соединений газовой сваркой. 39

Одной из важнейших областей сварочного производства является г#" зопламенная обработка. Она охватывает такие широко распространенные Hi производстве технологические процессы, как сварка, пайка, нанссеийё покрытий, резка, поверхностный нагрев. Эти технологии широко используют при изготовлении и ремонте различных конструкций и изделий. Во все* процессах газопламенной обработки используется тепловая яноргия реакций горения газов в струе кислорода.

1.1. Газовая сварка.

При газовой сварке местный разогрев деталей осуществляется газо-

111. 1.1. Сварочное пламя.

Сварочное пламя образуется при сгорании горючих галоп или паров жидкостей в смеси с кислородом. Смешивание горючих гизо» и определенных пропорциях с кислородом осуществляется в сварочных горелках. Система "сварочное пламя - смесь горичих газов" ограниченна, с одной стороны, исходной смесью, с другой - продуктами реакции горения. При сгорании топлива температура пламени,'" степень концентрации выделяющейся теплота и еб воздействие на металл определяются многими факторами.

Пламя должно быть стабильным по размерам, не отрыиатьси от конца мундшт/ка, не проникать внутрь его. Для этого скорость пи/мчи и плдмн ио

- 5 -

ходной горючей смеси должна всегда соответствовать скорости её сгора-

3. Ядро пламени имеет резко очерченную форму (близкую к форме цилиндра), плавно закругляющуюся в конце, с ярко светящейся оболочкой. В зоне 1 (ядра) происходит постепенный нагрев до(температуры воспламенения газовой смеси, поступающей из мундштука. Оболочка ядра состоит из раскаленных частиц углерода, которые сгорают в наружном слое оболочки. В зоне 2 - первая стадия горения ацетилена за счет кислорода, поступающего из баллона:

CgHz + Og -> 2С0 + H2.

Зона 2, имеющая самую высокую температуру, обладает восстановительными свойствами, так как оксид углерода и водород раскисляют расплавленный металл, \ отнимая кислород у оксидов металла. Она называется сварочной или рабочей зоной. В зоне 3 (факеле) протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода:

2С0 + Нг + (3/2)0г -> 2С0г +• Н20.

Пары воды и углекислый газ образуются в факеле при сгорании окси-

1*. '

г

да углерода и водорода восстановительной зоны в кислороде окружащ>

Форма и строение пламени всех горючих в смеси с кислородом один ковы и меняются в зависимости от соотношения подаваемых газов:

fs

Ог

Су R,

При сжигании ацетилено-киЬюродной смеси различают три вида

мени: нейтральное (или нормальное), окислительное, науглероживающее. Нейтральное пламя, или нормальное восстановительное получает

при &= 1... 1,2. Такое пламя и показано на Рис. 1.2. Большинство мета лов и сплавов сваривают восстановительной зоной нормального пламени.

Нормальное пламя горючих газов-заменителей ацетилена- в смеси кислородом образуется соответственно с использованием природного газ.1 при 0 - 1,5... 5,6, а для пропан-бутана при в » 3,4... 3,8 (Рис. 1.3.).

АЗС

Зона сварочного пламени:

а - ацетилено-кислородное;б - метано-кислородное; в - пропано-кислородное: А - ядро; В - зона неполного сгорания;С - зона полного сгорания; L - длина ядра.

Науглероживающее пламя получают при ь <• 1, т.е. при избытке ацетилена. Ядро пламени удлиняется и теряет резкие контуры. Такое пламя может использоваться при сварке чугунов и сплавов из цветных металлов, так как в этом случае компенсируется выгорание углерода и восстанавливаются оксиды цветных металлов.

Состав сварочного пламени существенно влияет на качество наплавленного металла и прочность сварочного шва. Поэтому сварщик должен обращать большое внимание на характер и правильность регулирования сварочного пламени.

1.1.2. Металлургические процессы при газовой сварке.

При газовой сварке протекание металлургических процессов обусловлено следующими особенностями: а) малым объемом сварочной ванны расплавленного металла; б) высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; в) интенсивным перемешиванием металла сварочной ванны газовым потоком пламени и присадочным материалом; г) химическим взаимодействием расплавленного металла с газами сварочного пламени и воздухом.

В результате контактирования расплавленного металла сварочной ванны с пламенем может иметь место окисление и науглероживание металла, выгорание углерода, марганца и кремния. Металл может кипеть с разбрызгиванием, образовывать пористость, шлаковые включения.

При газовой сварке на расплавленный металл ванны активно воздействует газовый поток средней зоны пламени, содержащей в основном С0г; Нг; 02 и Nz . В средней зоне пламени возможно также наличие в незначительном количестве свободного углерода, не успевшего полностью окислиться в СО на границе ядра пламени. Характер протекающих в сварочной ванне реакций определяется составом средней зоны пламени, зависящим от соотношения газов в горючей смеси. Основными в сварочной ванне являются реакции окисления и восстановления. При сварке окислительным пламенем в сварочной ванне протекают реакции окисления:

вещество + кислород = оксид вещества.

Образующиеся оксиды загрязняют металл шва- и снижают механические свойства.

При сварке нормальным пламенем в сварочной ванне будут протекать восстановительные реакции:

оксид металла + СО = металл + COg; оксид металла + НЕ металл + Н;>0.

- 8 -

При сварке науглероживающим пламенем происходит насыщение металла углеродом по реакциям:

металл + С - карбиды; металл + 2С0 - карбиды + СО?,

Насыщение сварочной ванны карбидами влечет за собой увеличение прочности сварочного шва Со значительным снижением его пластических свойств.

Для уменьшения химического воздействия пламени на металл необходимо поддерживать состав горючей смеси в соответствии с техническими рекомендациями.

2.Оборудование и материалы для газовой сварки.

2.1 Горючие газы и жидкости. .

Для газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов применяют различные горючие газы и жидкие топлива с низшей температурой сгорания не менее 16800 кДж/м3 (исключением является водород, низшая теплота сгорания которого 10080 кДж/м3) - табл.2. 3, 2.2.

Газообразный кислород при нормальных условиях бесцветен, не имеет запаха и вкуса. При низких температурах газообразный кислород может превратиться в жидкость и даже в твердое вещество. При нормальных условиях (температура 20°С, давление 0,1 МПа) масса 1м3 кислорода составляет 1,33 кг. Газообразный кислород хранится и транспортируется в стальных баллонах, в которые он нагнетается до давления 20 МПа.

При газопламенной обработке в качестве горючего применяют различные горючие газы и пары горючих жидкостей. Наибольшее распространение получил ацетилен, при сгорании которого в кислороде создается наиболее высокая температура пламени. Ацетилен CgHz - углеводородное соединение при обычной температуре и атмосферном давлении - бесцветный газ, из-за присутствия ряда примесей: фосфоритного водорода, сероводорода и других имеет резкий, специфический запах. Ацетилен легче воздуха (0,9 его плотности), при 0,01 МПа (760 им рт. с?.) и температуре -84°С он затвердевает.

Технический ацетилен получают двумя способами; 1) из карбида кальция действием на нег$> водой в специальных ацетиленовых генераторах. При взаимодействии с.водой карбид кальция разлагается с образованием ацетилена и гашёной извести; 2) из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти, газах от переработки угля торфосланцев. путем крекингования.

Первый способ имеет большее применение, однако всё шире внедряет-

ся в промышленность и второй способ.

Ввиду крайне высокой взрывчатости в технике применяется растворённый ацетилен. Это ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной растворителем - ацетоном. В порах этой массы находится ацетилен, растворенный в ацетоне. В одном объёме технического ацетона при 20°С и атмосферном давлении 0,1 МПа можно растворить до 20 объбмов ацетилена. При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа.

Карбид кальция СаСг - химическое соединение кальция с углеродом, твердый кускообразный материал, имеющий в изломе темно-серый или коричневатый цвет. Плотность карбида кальция зависит от его чистоты и изменяется в пределах 2, 8. ..2,22 г/см3." Карбид кальция выпускают по ГОСТ 1460-81. Его хранят и транспортируют в герметически закрытых железных барабанах с толщиной стенки не менее 0,51 мм и массой 50...130 кг. Боковую поверхность барабанов делают гофрированной для большей её

жёсткости.

При взаимодействии с водой карбид кальция разлагается с образованием ацетилена и гашенной извести. Для разложения 3 кг химически чистого карбида кальция теоретически необходимо 0, 562 кг воды, при этом получается 0,408 кг ацетилена CgHj. (285 дм3) и 1,156 кг гашенной из-

его регулировку. Для сварки.и резки с использованием водорода применяют ту же аппаратуру, что и для работы с ацетиленом, но отличающуюся окраской (редукторы и баллоны) и присоединительными разморими. Водородом можно заменить ацетилен при сварке и пайке стали малой толщины (1...2 мм), когда работы не подлежат контролю Гостехнадзора, сварке чугуна и алюминия (толщиной до 5 мм), свинца и других легкоплавких металлов, водород является хорошим горючим при резке сталей больших толщин.

Природные горючие газы представляют собой смоси газообразных предельных углеводородов с преобладающим количеством метана {75,1. ..99,4%), а также примесью этана, пропана, бутана и небольшим

количеством инертных газов и азота. Природные газы - это газы без цвета с легким чесночным запахом, получаемые из газовых месторождений. Низшая теплота сгорания природных газов зависит от места добычи и колеблется в широких пределах 3141&.. 38052 кДж/м3.

Природный газ может поступать к потребителю либо в баллонах, либо по газопроводу.

Смесь природного газа с низкокалорийными газами (коксовым, генераторным и др.) называют городским газом и применяют для кислородной резки сталей, сварки неответственных деталей из низкоуглеродистых сталей толщиной 8.., в мм, пайки, наплавки, нагрева и поверхностной закалки.

Смесь природного газа с 80... 70% ацетилена (по объему) рекомендуют для сварки изделий из стали и других металлов. Аппаратура для сварки и резки та же, что и для работы на пропане.

Метан CHg ~ бесцветный газ, основной компонент природного газа, входит в состав почти всех горячих газов. Его применяют для сварки неответственных деталей из низкоуглеродистых сталей толщиной до 6 мм, сварки чугуна и алюминия небольших толщин и других легкоплавких металлов, а также для резки, нагрева, поверхностной закажи. Метан как го-