МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПРИРОДООХРАННОГО И КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторной работы № 10
по сварке металлов
ТЕМА: «Изучение оборудовании и технологии газовой сварки и резки металлов»
Утверждено
на заседании кафедры М и ДК
Протокол №1 от 29.08.2011г.
Составил проф. Корохов В.Г.
Симферополь, НАПКС, 2011г.
Лабораторная работа №10. «Изучение оборудования и технологии газовой сварки и резки металлов»
1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомиться с особенностями устройства и назначения оборудования для газовой сварки и резки металла, с технологией этих операций.
2.Теоретические предпосылки
Газовая сварка металла является одним из существенных производственных процессов, применяемых в строительстве, при прокладке трубопроводов, и на большинстве промышленных предприятий различных отраслей народного хозяйства, для соединения тонкостенных конструкций из листовых материалов и трубопроводов при толщине стенки 3 мм и менее, а также находит большое применение на заводах, в ремонтном производстве, при монтажных и демонтажных работах. Газовую сварку используют для изготовления и ремонта деталей из стали, чугуна, латуней, бронз, алюминиевых и магниевых сплавов. Газокислородную резку - только для сталей. Газовая сварка и резка металла дороже электрической ввиду дороговизны применяемых газов.
Существенный недостаток газовой сварки и резки – взрывоопасность. Для предупреждения взрывов необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.
Газовая сварка и резка металла основаны на использовании теплоты, получаемой от сгорания горючего газа в смеси с кислородом. Однако между этими двумя операциями есть существенные различия, состоящие в том, что при сварке непрерывно используется пламя горючих газов, расплавляющее кромки заготовок и присадочный материал, а при резке металла это пламя используется для разогрева металла, а затем вместо реза подается кислородная струя, в которой сгорает металл. Конструктивно отличается и резак от газовой горелки.
В качестве горючих газов, совместно с кислородом для разных случаев сварки и резки применяют ацетилен, природный газ, пропан, пары керосина. Оборудование для газосварки и резки характеризуется сравнительной простотой.
2.1. Газовая сварка металла
Сущность процесса газовой сварки заключается в том, что свариваемый и присадочный металлы расплавляются в пламени, получаемом при сгорании горючего газа в смеси с кислородом, развивая температуру в два раза выше температуры плавления металла. Для сталей наиболее применим ацетилен с кислородом. По сравнению с электродуговой сваркой - газосварка - процесс малопроизводительный. Ее применяют, в основном, при изготовлении тонколистовых стальных изделий, конструкций из проката, труб при толщине металла менее 3 мм, при сварке цветных металлов и их сплавов, при исправлении дефектов в чугунных и бронзовых отливках, а также в ремонтных работах.
2.1.1. Технология газовой сварки.
Выбор горючего газа для сварки тех или иных металлов осуществляется, исходя из условия, что температура газового пламени должна быть примерно в два раза выше температуры плавления соединяемых металлов. При сгорании горючих газов в смеси с кислородом температура пламени значительно повышается по сравнению с температурой пламени при сгорании этих же газов в смеси с воздухом. Чаще всего в качестве горючего газа используют ацетилен - С2 Н2, т.к. сгорая в кислороде, он позволяет получить самую высокую температуру в пламени, до 3200°С, в котором можно сваривать и сталь, и чугун, и названные цветные металлы.
Предварительное смешивание одного из горючих газов с кислородом осуществляется в специальных горелках. Горючую смесь, выходящую из горелки, воспламеняет сварщик. Он зажигает смесь, перемещает вручную горелку вдоль соединяемых кромок заготовок и подает присадочную проволоку в зону сварки для образования шва.
Зажигается факел у горелки в следующей последовательности: сначала немного открывается кислородный вентиль для создания разрежения в ацетиленовых каналах, затем открывают ацетиленовый вентиль и поджигают смесь газов спичкой или искропроизводящим устройством. После этого регулируют поступление газа, чтобы получить пламя нужного состава без избытка одного из газов. После окончания работ гасят пламя в слёдующей последовательности: сначала перекрывают ацетиленовый вентиль, а затем - кислородный.
Присадочный металл должен быть примерно того же химического состава, что и метал свариваемых заготовок. Мощность горелки и номер ее наконечника выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, чтобы получить пламя нужной интенсивности. Обычно на наконечнике указывается толщина свариваемого металла, для которой он предназначен. Газовая сварка может выполняться вручную или быть механизированной.
Большое влияние на качество сварного шва оказывают строение и состав газосварочного пламени. По внешнему виду в пламени различают три зоны: 1 – короткая, ближайшая к горелке - ядро; 2 - следующая за ней, более длинная - средняя зона; 3 - концевая, самая длинная - факел.
В ядре пламени горения газа не происходит, а только вблизи поверхности ядра наблюдается частичное сгорание углерода. Раскаленные до температуры 800....1250°С частицы несгоревшего углерода создают яркое свечение оболочки ядра в виде конуса. Чем больше углерода в составе горючего газа, тем ярче обозначено ядро. При избытке горючего газа по сравнению с кислородом ядро расширяется, увеличивается по длине, а средняя часть пламени уменьшается.
В средней зоне происходит интенсивное сгорание продуктов разложения горючего газа, что сопровождается выделением большого количества теплоты. Температура средней зоны кислородно-ацителенового пламени может достигать ....3200С, эта зона имеет более темный цвет. Средняя зона обладает расскислительно-восстановительной способностью и ее, с наиболее высокой температурой в первой трети (2...4 мм) от ядра, используют для нагрева металла при сварке. При этом конец ядра пламени должен находиться на расстоянии 1...2 мм от сварочной ванны.
В факеле догорают продукты разложения газа, температура в этой зоне пламени падает до 1200...2500°С. С увеличением содержания горючего газа в смеси факел пламени обогащается углеродом и становится коптящим, что можёт привести к науглероживанию свариваемого металла.
В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена в горючей смеси, сварочное пламя может быть нормальным, окислительным или науглероживающим.
Для нормального пламени характерно отношение ацетилена к кислороду от 1:1 до 1:1,3. В нем отчетливо выражены все три зоны - ядро, средняя зона и факел.
Окисленным называют пламя, в котором есть избыток кислорода.
В нем ядро имеет бледную окраску, меньшую длину и размытые очертания, Длина средней части и факела тоже короче. Такое пламя горит с шумом и его температура выше, чем нормального. Оно сильно окисляет металл сварочной ванны, способствует получению пористости и значительно снижает качество шва. Такое пламя рекомендуется применять при сварке латуней, при пайке высокотемпературными припоями.
Пламя с избытком ацетилена называют науглероживающими. Его ядро также имеет нерезкие очертания, на его конце виден зеленый венчик. Средняя зона этого пламени светлее и почти сливается с ядром. Факел имеет желтоватую окраску, иногда на конце копоть. Температура науглероживающего пламени ниже температуры нормального. Это пламя науглероживает металл, дёлая его хрупким. Его рекомендуется применять при сварке чугуна.
Для различной толщины свариваемого металла рекомендуется применять различную мощность сварочного пламени, которая характеризуется часовым расходом ацетилена в литрах.
В процессе сварки пламя не только расплавляет металл, но и защищает расплавленную ванну от вредного влияния кислорода и азота атмосферного воздуха. Поэтому при сварке необходимо, чтобы расплавленный основной металл и конец присадочного металла находились все время в восстановительной зоне пламени (в средней зоне).
Изменением угла наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла можно изменять интенсивность расплавления металла. Наиболее интенсивно металл расплавляется при перпендикулярном расположении мундштука к поверхности металла. При сварке же очень тонких и, особенно, легкоплавких металлов, мундштук следует располагать почти параллельно поверхности свариваемого металла. При сварке тонколистового металла и соединений с отбортовкой кромок, горелку следует передвигать прямолинейно, без поперечных колебаний. Если же свариваемый металл толстый - более 3 мм, то горелка должна совершать поперечные колебания наряду с прямолинейным перемещением, чтобы дольше воздействовать пламенем на металл.
Технология газокислородной сварки во многом определяется способом сварки, диаметром присадочного материала и мощностью газосварочного пламени.
Различают два основных способа сварки: левый и правый.
При левом способе сварки горелку направляют пламенем влево и перемещают влево от шва, прогревая еще не свариваемые кромки металла. Этот способ применяют при толщине металла менее 4...5 мм.
При правом способе горелку, также направленную влево, перемещают вправо, факел как бы тянут за собой. В этом случае факел оказывается направлен на шов, который остывает медленней, что способствует его большей пластичности. Применяется этот способ при сварке более толстого металла - более 5 мм.
Применение левого или правого способа в большей степени все-таки зависит от практических навыков сварщика. Газовую сварку можно выполнять в различных пространственных положениях: нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном.
Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от способа сварки и толщины свариваемого металла.
Мощность сварочной горелки определяется расходом ацетилена. Она зависит от свариваемого металла и его толщины:
где Vа - расход ацетилена, л/ч;
К - коэффициент пропорциональности (для левого способа сварки К – 100...130; для правого К=120…130);
б - толщина свариваемого металла, мм.
Зная расход ацетилена, по табл. 2 определяют номер и характеристику наконечника.