 |
Газовая сварка и резка металлов
|
|
|
|
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить сущность газовой сварки и резки металлов, применяемое оборудование и материалы. Освоить технику газовой сварки и резки металлов.
2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Газовая сварка являетсяодной из разновидностей термической сварки, сущность которой заключается в расплавлении кромок свариваемых изделий и добавочно вводимого присадочного материала теплом горящей газовой смеси.
При газовой сварке заготовки 1 и присадочный материал 2 в виде прутка или проволоки расплавляют высокотемпературным пламенем 4 газовой горелки 3 (рисунок 1). Газовое пламя получают при сгорании горючих газов (чаще ацетилена) в атмосфере кислорода.
Рисунок 1 – Схема газовой сварки Рисунок 2 – Схема ацетиленового генератора комбинированного типа: 1 – отбор газа; 2 – бак с водой; 3 – газосборник; 4 – зарядник
Кислород, используемый для сварочных работ, поставляют к месту потребления в стальных баллонах под давлением 15 МПа.
Кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет с черной надписью «Кислород».
Для снижения давления газа на выходе из баллона и поддержания постоянного рабочего давления применяют газовые редукторы. 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 до входа в редуктор, другой – на выходе из него.
В качестве горючих газов чаще всего используют ацетилен, т.к. он имеет бóльшую теплоту сгорания по сравнению с другими горючими газами и высокую температуру пламени (3200°С). Кроме ацетилена можно также применять природные газы, водород, пары бензина и керосина, нефтяные газы и др. Перечисленные горючие газы могут быть использованы главным образом для кислородной резки, не требующей высокой температуры пламени.
|
|
|
Ацетилен получают в специальных аппаратах – газогенераторах при взаимодействии воды с карбидом кальция:
СаС2 + 2Н2О ↔ Са(ОН)2 +С2Н2 + Q.
Существуют следующие типы и системы генераторов. По давлению вырабатываемого ацетилена - два типа генераторов: низкого давления (до 0,02 МПа) и среднего давления (0,02... 0,15 МПа). По способу применения - передвижные и стационарные. По способу взаимодействия карбида кальция с водой - три типа генераторов: система генераторов KB - карбид в воду; ВК - вода на карбид, с вариантами процессов: М - "мокрого" и С - "сухого"; К - контактный с вариантами процессов: ВВ - вытеснения воды и ПК - погружения карбида.
Количественное регулирование ацетилена осуществляют периодической дозировкой либо карбида кальция при постоянном объеме воды в зоне реакции (система «карбид на воду»), либо воды при загрузке всего карбида кальция (система «вода на карбид»). Широко применяют и комбинированную систему генераторов с дозировкой обоих реагирующих веществ.
Ацетиленовые генераторы (рисунок 2) независимо от системы имеют следующие основные элементы: зарядник, газосборник, предохранительные устройства против повышения давления в газосборнике и защиты генератора от обратных ударов пламени.
Наиболее распространенным ацетиленовым генератором является передвижной ацетиленовый генератор АСП-1,25-6 (выпускаемый в настоящее время) производительностью 1,25 м3/ч, рабочим давлением 0,01—0,07 МПа - контактного типа среднего давления прерывного действия - работает по системе ПК в сочетании с системой ВВ (рисунок 3).
Корпус 2 генератора состоит из газообразователя и промывателя, соединенных между собой переливной трубкой. В газообразователе происходит разложение карбида кальция с выделением ацетилена, в промывателе - охлаждение и отделение ацетилена от частиц извести. Вода в газообразователь заливается через горловину. При достижении переливной трубки 15 вода переливается по ней в промыватель, который заполняется до уровня контрольной пробки 13. Карбид кальция загружают в корзину 4, закрепляют поддон 10, устанавливают крышку с мембраной на горловину. Уплотнение крышки 8 с горловиной обеспечивается винтом 6 с помощью мембраны 5. Образующийся в газообразователе ацетилен по переливной трубке 15 поступает в промыватель, где, проходя через слой воды, охлаждается и промывается.
|
|
|
Рисунок 3 – Генератор ацетилена: а - общий вид; I - горловина;
II- газообразователь; III- вытеснитель; IV— промыватель;
б - генератор в разрезе
Из промывателя через вентиль 12 по шлангу ацетилен поступает в предохранительный затвор 1 и далее на потребление.
По мере повышения давления в газообразователе давление ацетилена на мембрану преодолевает сопротивление пружины 7, перемещая ее вверх, при этом корзина с карбидом кальция, связанная с мембраной, также перемещается вверх, уровень смоченного карбида уменьшается, выработка ацетилена ограничивается и возрастание давления прекращается. При снижении давления в газообразователе усилием пружины 7, корзина с карбидом кальция возвращается вниз и происходит замочка карбида кальция. Таким образом, процесс выработки ацетилена регулируется с помощью мембраны.
Одновременно по мере увеличения давления в газообразователе избыточное давление ацетилена перемещает воду в вытеснитель и корзина с карбидом кальция оказывается выше уровня воды, в результате чего реакция прекращается. По мере уменьшения давления вода вновь занимает прежний объем и вновь происходит замочка карбида кальция.
Давление ацетилена контролируется манометром 9. Слив ила из газообразователя и иловой воды из промывателя осуществляется соответственно через штуцеры 13 и 14. Предохранительный клапан 3 служит для сброса ацетилена при увеличении давления в генераторе выше допустимого. В месте присоединения клапана к корпусу установлена сетка для задержания частиц карбидного ила, окалины и др.
|
|
|
На пути следования газа от генератора к сварочной горелке устанавливают предохранительные водяные затворы, предотвращающие проникновение кислородно-ацетиленового пламени в ацетиленовый генератор при его обратном ударе. Обратный удар происходит при перегреве горелки и засорении сопла или центрального отверстия инжектора.
Ацетиленовые генераторы взрывоопасны и нуждаются в специальном обслуживании. При работе одного-двух сварочных постов и в полевых условиях целесообразно использовать баллонный ацетилен.
Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет и делают на них красной краской надпись «Ацетилен». Давление ацетилена в баллоне 1,5 МПа. В баллоне находятся пористая масса (активированный уголь) и ацетон. Растворение ацетилена в ацетоне позволяет поместить в малом объеме большое количество ацетилена. Растворенный в ацетоне ацетилен пропитывает пористую массу и становится безопасным.
Сварочные горелки используют для образования сварочного пламени. В промышленности наиболее распространена инжекторная горелка, так как она наиболее безопасна и работает на низком и среднем давлениях (рисунок 4). В инжекторной горелке кислород под давлением 0,1…0,4 МПа через регулировочный вентиль 6 подается к инжектору 5. Выходя с большой скоростью из узкого канала инжекторного конуса, кислород создает значительное разряжение в камере 4 и засасывает горючий газ, поступающий через вентиль 7 в ацетиленовые каналы 8 горелки и камеру смешения 3, где образуется горючая смесь. Затем горючая смесь поступает по наконечнику 2 к мундштуку 1, на выходе из которого при сгорании образуется газосварочное пламя.
Рисунок 4 – Схема газовой горелки Рисунок 5 – Газосварочное пламя
Сварочное пламя образуется в результате сгорания ацетилена, смешивающегося в определенных пропорциях с кислородом в сварочных горелках. Ацетилено-кислородное пламя состоит из трех зон (рисунок 5): ядра пламени 1, средней зоны 2 (сварочной), факела пламени 3 (l – длина). В зоне 1 происходит постепенный нагрев до температуры воспламенения газовой смеси, поступающей из мундштука; в зоне 2 – первая стадия горения ацетилена за счет кислорода, поступающего из баллона. Эта зона имеет самую высокую температуру и обладающая восстановительными свойствами, называется сварочной, или рабочей, зоной. В зоне 3 (факеле) протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода. Зона 3 обладает окислительными свойствами.
|
|
|
В зависимости от соотношения ацетилена и кислорода различают следующие виды пламени: нормальное, окислительное и науглероживающее.
Сварочное пламя называется нормальным, когда соотношение O2/C2H2 ≈ 1,1. Ядро нормального пламени имеет четкое очертание и яркое свечение. Такое пламя способствует получению качественного сварного шва. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей.
При увеличении содержания кислорода (O2/C2H2 > 1,1) пламя приобретает голубоватый оттенок и имеет заостренную форму ядра. Такое пламя называется окислительным и может быть использовано только при сварке латуни.
При увеличении содержания ацетилена (O2/C2H2 < 1,1) пламя становится коптящим, удлиняется и имеет красноватый оттенок. Такое пламя называют науглероживающим и применяется для сварки чугуна и цветных металлов.
Применение. Газовой сваркой можно сваривать почти все металлы, используемые в технике, причем такие металлы и сплавы, как чугун, медь, свинец, латунь, легче поддаются газовой сварке, чем дуговой.
К преимуществам газовой сварки относится и то, что она не требует сложного оборудования и источника электрической энергии. В настоящее время газовая сварка широко применяется при монтаже металлоконструкций и трубопроводов из тонкостенных труб, сантехнических работах, сварке сплавов на основе меди, ремонтной сварке изделий из чугуна.
Резка металлов заключается в разделении металлических заготовок и конструкций.
Наиболее распространена кислородная резка металлов, сущность которой заключается в сжигании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся оксидов. При горении железа в кислороде образуется оксид железа и значительное количество теплоты:
3Fe + 2O2 = Fe3O4 + Q.
Для начала горения металл подогревают до температуры его воспламенения в кислороде (например, сталь до 1000…1200°С). На рисунке 6 показан процесс кислородной резки. Металл 3 (заготовка) нагревается в начальной точке реза подогревающим пламенем 2, затем направляется струя режущего кислорода 1, и нагретый металл начинает гореть. Горение металла сопровождается выделением теплоты, которая вместе с подогревающим пламенем разогревает лежащие ниже слои на всю толщину металла. Образующиеся оксиды 5 расплавляются и выдуваются струей режущего кислорода из зоны реза 4. Конфигурация перемещения струи соответствует заданной форме вырезаемого изделия.
|
|
|
Рисунок 6 – Схема кислородной резки Рисунок 7 – Схема газокислородного
резака
По характеру и направленности кислородной струи различают несколько способов резки.
При разделительной резке режущая струя направлена нормально к поверхности металла и прорезает его на всю толщину. Разделительной резкой раскраивают листовую сталь, разрезают профильный материал, вырезают косынки, круги, фланцы и т. п.
При поверхностной резке режущая струя направлена под очень малым углом к поверхности металла (почти параллельно ей) и обеспечивает грубую его строжку или обдирку. Ею удаляют поверхностные дефекты отливок.
При резке кислородным копьем копье образуется тонкостенной стальной трубкой, присоединенной к рукоятке и свободным концом прижатой к прожигаемому металлу. Резка начинается с подогрева конца трубки сварочной дугой или горелкой. При пропускании кислорода через трубку (копье) ее конец быстро загорается и дальнейший подогрев не нужен. Копье прижимают к металлу и углубляют в него. Таким образом, выжигают отверстия круглого сечения. Кислородным копьем отрезают прибыли крупных отливок, прожигают летки в металлургических печах, отверстия в бетоне и т. п.
Газокислородная резка может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют универсальный резак типа УР со сменными мундштуками (рисунок 7). В резаке конструктивно объединены подогревающая и режущая части. Подогревающая часть аналогична таковой у сварочных горелок. Режущая часть состоит из дополнительной трубки 4 для подачи режущего кислорода. В мундштуке находятся два концентрически расположенных отверстия для выхода подогревающего пламени 1 и режущей струи 2. Мундштук резака 3 образует прямой угол со стволом. При замене ацетилена другими горючими газами в резаке увеличивают сечения каналов инжектора и смесительной камеры.
Обычной кислородной резкой разрезают металлы, толщина которых 5...300 мм. При резке металла толщиной более 300 мм применяют специальные резаки.
Кроме рассмотренной выше кислородной резки существуют и другие способы резки металлов: кислородно-флюсовая, воздушно-дуговая, плазменно-дуговая и др.
3. ТЕХНИКА ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ
Техника газовой сварки.
Пост для газовой сварки (рисунок 8) состоит из переносного ацетиленового генератора с предохранительным затвором или баллона с горючим газом, баллона с кислородом, газовых редукторов, руковов и сварочной горелки со сменными наконечниками. Также применяются стационарные ацетиленовые генераторы, от которых ацетилен подается по ацетиленопроводу к сварочному посту.
 |
Рисунок 8 – Оборудование поста для Рисунок 9 – Способы газовой сварки: 1 – сварочная горелка; сварки: а – правый; б - левый
2 – кислородный редуктор; 3 – баллон
с кислородом; 4 – предохранительный
затвор; 5 - рукова
В практике применяют два способа сварки - правый и левый (рисунок 9) При правом способе (рисунок 9, а) сварку ведут слева на право, сварочное пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Т.к. при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большая глубина плавления, замедленное охлаждение металла шва в процессе кристаллизации. Теплота пламени рассеивается меньше, чем при левом способе, поэтому угол разделки кромок делается не 90 °, а 60-70°, что уменьшает количество наплавленного металла и коробление. Правый способ целесообразно применять при сварке металла толщиной более 5 мм и металлов с большой теплопроводностью.
При левом способе (рисунок 9, б) сварку ведут справа налево, сварочное пламя направляют на ещё не сваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. При левом способе сварщик хорошо видит свариваемый металл, поэтому внешний вид шва лучше, чем при правом способе; предварительный подогрев кромок свариваемого металла обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны. Благодаря этим свойствам левый способ наиболее распространён и применяется для сварки тонколистовых материалов и легкоплавких металлов.
Мощность сварочной горелки при правом способе выбирают из расчёта 120-150 дм3/ч ацетилена, а при левом - 100-130 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.
Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе сварки диаметр присадочной проволоки d = S/2 мм., но не более 6 мм, при левом d = S/2+1 мм, где S- толщина свариваемого металла, мм.
Скорость нагрева регулируют изменением угла наклона мундштука к поверхности свариваемого металла. Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона мундштука к поверхности свариваемого металла.
В процессе сварки газосварщик концом мундштука горелки совершает одновременно два движения: поперечное (перпендикулярно оси шва) и продольное (вдоль оси шва). Основным является продольное движение. Поперечное движение служит для равномерного прогрева кромок основного металла и получения шва необходимой ширины.
Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные и потолочные швы. Горизонтальные и потолочные швы обычно выполняют правым способом сварки, вертикальные снизу вверх – левым способом.
|
|
|
