 |
Лекция № 13 (2 часа). 13. Газовая сварка, резка металлов. Сущность, оборудование и технология
|
|
|
|
Лекция № 13 (2 часа)
13. ГАЗОВАЯ СВАРКА, РЕЗКА МЕТАЛЛОВ. СУЩНОСТЬ, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
13. 1. Сущность, оборудование и технология
Газовая сварка относится к термическому классу. Источником нагрева при газовой сварке служит пламя газовой горелки, получаемое сжиганием горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Газовую сварку выполняют как применением присадочной проволоки, так и без неё, если формирование шва возможно за счёт расплавления кромок основного металла.
Такие металлы, как чугун, медь, свинец, латунь, легче поддаются газовой сварке, чем другой.
К преимуществам газовой сварки можно отнести и то, что она не требует сложного, дорогого оборудования и источника электроэнергии.
Недостатками газовой сварки являются понижение производительности с увеличением толщины свариваемого металла и большая зона нагрева.
Процесс кислородной резки металлов основан на способности сгорания металла в струе технически чистого кислорода и удалении этой струёй образующихся продуктов горения.
Резка начинается с нагрева металла в начале реза подогревающим пламенем резака до температуры воспламенения металла в струе кислорода. Металл сгорает с выделением тепла, которое передаётся через образовавшийся шлак нижележащим слоям; происходит сгорание металла по всей толщине разрезаемого листа с образованием узкой щели (реза). Образующиеся в процессе резки окислы и шлаки удаляются из реза струёй кислорода, а также под действием силы собственного веса.
Различают поверхностную (срезается поверхностный слой металла), разделительную (металл разрезается на части) и копьёвую (в металле прожигается глубокое отверстие) кислородную резку.
|
|
|
По характеру применяемого подогрева резка подразделяется на кислородную, кислородно-флюсовую, кислородно-дуговую, плазменно-кислородную и другие виды. Реакции соединения с кислородом протекают с выделением большого количества тепла, т. е. носят экзотермический характер.
При соприкосновении сжатого газообразного кислорода с органическими веществами, маслами, жирами, угольной пылью, горючими пластмассами может произойти их самовоспламенение в результате выделения тепла при быстром сжатии кислорода, трении и ударе твёрдых частиц о металл, а также электростатического искрового разряда. Всю кислородную аппаратуру, кислородопроводы и баллоны необходимо тщательно обезжиривать. Кислород способен образовывать в широких пределах взрывчатые смеси с горючими газами или парами жидких горючих, что также может привести к взрывам при наличии открытого огня или даже искры.
К месту сварки кислород доставляют в кислородных баллонах, а в жидком виде – в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Для превращения жидкого кислорода в газ используют газификаторы или насосы с испарителями для жидкого кислорода.
Для сварки и резки технический кислород по ГОСТ 5583-78 выпускается трёх сортов: 1-й – чистотой не менее 99, 7%, 2-й – не менее 99, 5%, 3-й – не менее 99, 2% по объёму. Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки. Чем меньше содержится в нём газовых примесей, тем выше скорость реза, чище кромки и меньше расход кислорода.
Ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки и резки металлов, температура его пламени при сгорании в смеси с технически чистым кислородом достигает 3150оС. Технический ацетилен при нормальном давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким чесночным запахом.
|
|
|
Температура самовоспламенения ацетилена колеблется в пределах 240…630оС и зависит от давления присутствия в нём различных веществ:
| Температура, оС | ||||
| Абсолютное давление, МПа | 0, 2 | 0, 3 | 0, 4 | 2, 2 |
Ацетилен с воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах 2, 2…81% ацетилена по объёму при нормальном атмосферном давлении, а с технически чистым кислородом – в пределах 2, 3…93% ацетилена. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие 7…13% ацетилена. Взрыв ацетиленокислородной и ацетилено-воздушной смеси в указанных пределах может произойти от сильного нагрева и искры.
Присутствие окиси меди снижает температуру самовоспламенения ацетилена до 240оС. При определённых условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, вот почему категорически запрещается при изготовлении ацетиленового оборудования применение сплавов, содержащих более 70 % меди.
Взрываемость ацетилена понижается при растворении его в жидкостях. Особенно хорошо он растворяется в ацетоне.
Технический ацетилен получают двумя способами: из карбида кальция и из природного газа, нефти, угля. Ацетилен, полученный из природного газа, называется пиролизным.
К месту сварки ацетилен доставляется в специальных стальных баллонах, заполненных пористой пропитанной ацетоном массой, под давлением 1, 9 МПа.
Карбид кальция – химическое соединение кальция с углеродом (СаС2). Карбид кальция представляет собой твёрдое вещество тёмно-серого или коричневого цвета. Плотность карбида кальция 2, 22 кг/см3. Карбид кальция имеет резкий чесночный запах и жадно поглощает воду.
Карбид кальция, взаимодействуя с водой, быстро разлагается с образованием газообразного ацетилена и гашёной извести:
СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2 + 127, 3 Дж/моль.
Реакция взаимодействия карбида кальция с водой протекает бурно с выделением большого количества тепла. Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется 0, 562 кг воды, но так как реакция взаимодействия карбида кальция с водой идёт с большим выделением тепла, практически берут от 5 до 20 кг воды.
Из 1 кг карбида кальция в зависимости от его чистоты и грануляции можно получить от 235 до 285 л ацетилена.
Для защиты расплавленного металла от окисления и для удаления образовавшихся при сварке окислов применяют сварочные порошки, называемые флюсами.
|
|
|
В процессе сварки флюсы, вводимые в сварочную ванну, расплавляются и образуют с окислами легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность сварочной ванны. При этом плёнка покрывает расплавленный металл шва, предохраняя его от дальнейшего воздействия атмосферного воздуха.
Флюс наносят заранее на кромки свариваемого металла и на присадочные прутки, либо вносят в ванну в процессе сварки периодическим погружением присадочного прутка в сосуд с флюсом.
При сварке углеродистых сталей флюсы, как правило, не применяют.
В качестве флюсов используют буру, борную кислоту, окислы и соли бария, калия, лития, натрия, фтора и др. состав флюса выбирают в зависимости от свойств свариваемого металла. При сварке чугуна в сварочной ванне образуется кислый окисел SiO2, для растворения которого вводят сильные основные окислы – K2O, Na2O. В качестве основных флюсов применяют углекислый натрий (Na2СО3), углекислый калий (K2СO3) и буру (Na2В4О7).
При газовой сварке меди, латуни образуются основные окислы (Cu2О, ZnO, FeO и др. ), поэтому для растворения их вводят кислые флюсы. Они обычно представляют собой соединения бора.
При кислородной резке нержавеющих сталей, чугуна и цветных металлов флюс вводится в струю режущего кислорода. Основой флюса для кислородной резки служит железный порошок.
Для заполнения зазора между кромками свариваемого металла и образования валика шва в сварочную ванну вводят присадочный металл в виде проволоки, прутков или полосок, нарезаемых из металла того же или близкого состава, что и свариваемый металл.
Марки сварочной проволоки применяют по ГОСТ 2246-70, который включает в себя 6 марок низкоуглеродистой, 30 – легированной, 41 – высоколегированной неомеднённой и омеднённой проволоки. Для сварки изготовляют стальную холоднотянутую проволоку диаметром от 0, 3 до 12, 0 мм.
|
|
|
