Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

16. 5. Газовая сварка и резка металлов

16.5. Газовая сварка и резка металлов

При газовой сварке кромки металла и присадочный материал нагреваются пламенем, получаемым при сгорании горючих газов в кислороде.

В качестве горючих можно использовать природные газы, пары бензина и керосина, ацетилен и др. Сварочное пламя должно иметь максимальную температуру, быть экономичным и нейтральным по отношению к жидкому металлу. Из всех горючих газов наиболее часто используют ацетилен C2H2, поскольку он обладает наибольшей теплотой сгорания и дает при горении в чистом кислороде температуру пламени 3150°С.

Кислород, необходимый для проведения газосварочных работ, получают обычно из атмосферного воздуха методом его сжижения при очень глубоком охлаждении. Он хранится и транспортируется в специальных баллонах вместимостью 40 л под давлением 15 МПа. В одном баллоне содержится около 6м3 кислорода. Кислородные баллоны окрашиваются в голубой цвет. Баллоны подлежат испытанию через каждые 5 лет.

Обычно ацетилен получают непосредственно на месте производства сварочных работ из карбида кальция при взаимодействии его с водой по реакции

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2.

Из 1 кг карбида кальция можно получить около 320л ацетилена. Для получения ацетилена используются специальные ацетиленовые генераторы.

Ацетилен для сварки можно использовать и в баллонах, где он находится в растворенном виде. Баллоны для ацетилена заполняют специальным активированным древесным углем, пропитанным ацетоном. В ацетоне ацетилен хорошо растворяется и перестает быть взрывоопасным. В баллонах ацетилен находится под давлением 1,5…1,6 МПа. При избыточном давлении свыше 1,75 МПа ацетилен становится взрывоопасным. Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет.

Сварку проводят при непосредственном питании от генератора или от ацетиленового баллона. Для понижения давления сжатого газа, забираемого из баллонов, применяют специальные редукторы. Они поддерживают давление на выходе из баллона постоянным независимо от давления газа в баллоне. Кислородные редукторы могут устанавливать давление от 0,3 до 1,5 МПа, ацетиленовые – от 0,02 до 0,05 МПа. Редукторы, применяемые при газовой сварке, обычно имеют два манометра, один из которых показывает давление газа в баллоне, а второй – давление редуцированного газа на выходе из редуктора, т.е. рабочее давление газа.

Посты газовой сварки бывают стационарными и передвижными. Питание стационарных постов осуществляется обычно от ацетиленового генератора и баллонов с кислородом, а передвижных – от баллонов с кислородом и ацетиленом.

Схема оборудования для передвижного газосварочного поста с питанием от баллонов показана на рис.73,а. Ацетилен и кислород подводятся к газовой горелке 4 по специальным шлангам 1 и 3 от баллонов, снабженных редукторами и манометрами 2.

Дозировка и смешивание кислорода и горючего газа происходит в сварочной горелке. Наибольшее распространение в промышленности получили так называемые инжекторные горелки, работающие на принципе засасывания ацетилена. Схема инжекторной горелки представлена на рис.73,б.

Кислород под давлением 0,3…0,4 МПа поступает в горелку и через регулируемый вентиль 5 попадает к инжектору 4. Выходя с большой скоростью из сопла инжектора, кислород создает значительное разрежение в камере 3 за инжектором и засасывает горючий газ в каналы горелки. Образовавшаяся в смесительной камере горючая смесь по трубке наконечника 2 поступает к выходному отверстию мундштука 1. Присадочный металл в виде прутков вводят в пламя горелки.

Основными технологическими параметрами газовой сварки является мощность сварочного пламени, которая подбирается по толщине свариваемых деталей. Она измеряется расходом газа и регулируется сменными наконечниками газовой горелки. Горелки этого типа имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий инжектора и мундштука, что дает возможность регулирования мощности сварочного пламени. Присадочный металл в виде прутков или проволоки вводят в пламя горелки.

Сгорание смеси происходит в сварочном пламени на выходе из мундштука. Ацетилено-кислородное пламя (рис.74) состоит из трех зон: ядра пламени 1, средней рабочей (восстановительной) зоны 2 и факела (окислительной зоны) 3.

Читайте так же:
Бензопила партнер 350 характеристики описание

В зависимости от соотношения (по объему) ацетилена и кислорода в горючей смеси пламя может быть нормальным, окислительным и науглероживающим. Регулируют характер пламени визуально по его цвету. Газовое пламя считается нормальным, когда соотношение газов O2 : C2H2 примерно равно или несколько больше единицы. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей. При увеличении содержания кислорода в смеси пламя приобретает голубоватый оттенок и имеет остро очерченное ядро. Такое пламя является окислительным и его используют при сварке латуней. При избытке ацетилена пламя становится коптящим, удлиняется и приобретает красноватый оттенок. Такое пламя называется науглероживающим и его применяют для сварки чугуна.

Газовую сварку применяют главным образом для соединения конструкций из тонких стальных листов толщиной до 3 мм, а также заготовок из чугуна, цветных металлов и сплавов.

Газовой резкой называется процесс сгорания металла в струе кислорода. Резка может быть ручной и машинной. Для ручной резки применяют резак (рис.75), имеющий сменные мундштуки. Конструкция резака от сварочной горелки отличается тем, что имеется дополнительная трубка 2 для подачи режущего кислорода. Мундштук резака имеет центральное отверстие для подачи режущего кислорода.

Процесс кислородной резки заключается в следующем. Металл в месте разреза нагревают газовым пламенем до температуры его воспламенения в кислороде, затем на нагретую поверхность направляют струю режущего кислорода. Воспламенившийся металл выделяет при горении большое количество теплоты, которое вместе с подогревающим пламенем разогревает следующие слои. Вследствие этого горение распространяется на всю толщину металла. Образующиеся при сгорании металла оксиды сдуваются струей кислорода.

Газо-кислородной резке хорошо поддаются конструкционные стали с содержанием углерода до 0,7%. Кислородная резка чугуна затруднена, так как чугун начинает плавиться раньше, чем он успевает нагреться до температуры воспламенения в кислороде. По этой же причине не поддаются нормальному процессу резки медные и алюминиевые сплавы. Медные сплавы, кроме того, имеют высокую теплопроводность.

Газо-кислородная резка позволяет резать металл до 300 мм простейшей аппаратурой, проводить резку на монтаже, в полевых условиях. Она широко используется почти во всех областях металлургической и металлообрабатывающей промышленности. Ее применяют при раскрое листовой стали, при вырезке косынок, кругов, фланцев и других фасонных заготовок.

Для металлов, не поддающихся обычной газовой резке, например, высоколегированных сталей, чугунов, некоторых цветных металлов и сплавов используют способ кислородно-флюсовой резки.

Mse-Online.Ru

Сваркой называется процесс получения неразъемных со­единений за счет сил взаимодействия атомов.

Многочисленные способы сварки разделяются на две группы:

1) сварка плавлением (сварка в жидкой фазе);

2) сварка давлением (сварка в твердой фазе).

При сварке плавлением жидкий металл сое­диняемых частей самопроизвольно сливается в одно целое, образуя после охлаждения и затвердевания свар­ное соединение.

Сварка давлением производится без нагрева или с нагревом металла до пластичного состояния с последующим сжатием соединяемых частей.

Сварка в настоящее время является одним из основ­ных технологических процессов во всех отраслях про­мышленности. Без сварки невозможно производство со­временных машин. В практике ремонтного дела сварке принадлежит ведущее место. Самое широкое примене­ние в промышленности и практике ремонта машин имеет сварка плавлением: газовая и электродуговая.

При газовой сварке для нагрева металла до плавления или до пластичного состояния используется тепло, кото­рое получают в результате сгорания горючего газа в сме­си с кислородом.

Для производства газовой сварки и резки необходимо иметь горючий газ, кислород, присадочный материал, флюсы.

В качестве горючих газов при газовой сварке и резке используются ацетилен, водород, природный газ, пары бензина и керосина и т. п. Широкое применение в га­зовой сварке получил газ ацетилен. Он имеет температуру сварочного пламени 3000—3150°С и применяется для сварки стали, чугуна и цветных металлов.

Читайте так же:
Краскопульт с компрессором в аренду

Технический ацетилен — это бесцветный газ с рез­ким характерным запахом. Длительное вдыхание ацети­лена вызывает головокружение, тошноту, а иногда и сильное отравление. Ацетилен легче воздуха. Смесь ацетилена с воздухом (от 2,3 до 80,7% ацетилена по объе­му) и с кислородом (от 2,3 до 93%) —взрывоопасна. По­этому при использовании этого газа необходимо строго выполнять правила техники безопасности.

Обычно ацетилен получают непосредственно на мес­те сварочных работ из карбида кальция в ацетиленовых генераторах.

Карбид кальция представляет собой твердое вещест­во темно-серого или коричневого цвета. Он получает­ся в электрических печах путем отекания кокса с нега­шеной известью при температуре 1900—2300°С. Полу­ченный карбид кальция дробят и сортируют на куски определенных размеров, после чего упаковывают в жес­тяные герметически закрытые барабаны емкостью 100— 130 кг.

Водород, природный газ, пары бензина и керосина не пригодны для обычной сварка стали вследствие недо­статочной температуры сварочного пламени (1900— 2300°С), Поэтому их применяют при сварке металлов, имеющих температуру плавления ниже, чем у стали, я для резки металлов (в том числе и стали). Газ пропан можно применять для сварки стали толщиной 5—6 мм.

Кислород при нормальной температуре представляет собой газ, не имеющий цвета и запаха. Он несколько тяжелее воздуха. Сгорание горючих газов в чистом кис­лороде происходит очень интенсивно. Технический кислород получают путем электролиза воды или из атмо­сферного воздуха.

Присадочный материал необходим для заполнения металлом образовавшейся жидкой ванны при сварке. Обычно в качестве присадочного материала использует­ся проволока диаметром от 1 до 6 мм с химическим составом, близким к составу свариваемого металла. По­верхность проволоки должна быть чистой, без окалины, ржавчины, масла и прочих загрязнений. Если нет подхо­дящей проволоки, то для сварки цветных металлов мож­но применять полоски, нарезанные из листовою металла той же марки, что и свариваемый металл.

Флюсами пользуются для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образовавшихся в сва­рочном шве окислов. Состав флюса выбирают в зависи­мости от состава и свойств свариваемого металла. Флюс должен плавиться раньше металла, хорошо растекаться по шву и не оказывать вредного действия на металл шва.

При сварке обычной углеродистой стали флюсы не применяют, так как сварочное пламя хорошо защищает расплавленный металл от окисления.

При сварке чугуна, высоколегированных сталей, меди и ее сплавов, алюминия и его сплавов, магниевых спла­вов необходимо применять флюс для удаления тугоплав­ких окислов свариваемых металлов. Флюс можно использовать для легирования шва.

Применение ацетилена с учетом особенностей этого газа

Красныее баллоны с ацетиленом

Ацетилен – это быстродействующий горючий газ, при сгорании которого образуется температура около 3000°C. Для получения данного вещества используется природный газ. Смесь самого ацетилена кислородом часто задействуют при газовой сварке. Благодаря данному варианту удается эффективно выполнять и резку металлов.

Что стоит знать об ацетилене?

Сфера применения ацетилена

Ацетилен представляет собой ненасыщенный углеводород. Такой бесцветный газ открыл англичанин Э. Деви в начале XIX столетия. Синтезированием вещества занялся француз М. Бертло уже в конце XIX столетия. Согласно последним данным этот углеводород был обнаружен на Нептуне и Уране.

Стоит отметить, что при определенных условиях ацетилен становится взрывоопасным:

  • температура более 450°C и давление около 200 кПа;
  • длительный контакт с медью либо серебром приводит к взрыву при ударе или небольшом повышении температуры.

Известно, что при взрыве 1 кг вещества количество выделяемого тепла превышает в 1,5–2 раза количество тепла, которое бы возникло при использовании тротила или нитроглицерина.

Применение ацетилена

Что такое ацетилен

Как уже упоминалось ранее, такое соединение имеет повышенную реакционную способность. Соответственно с его помощью выполняется синтез различных материалов. Это может быть каучук, этиловый спирт, технический углерод и т. д. Также ацетилен задействуют в процессе производства взрывчатых веществ, ракетных двигателей и световой техники.

Читайте так же:
Направляющая шина для циркулярной пилы бош

Ранее уже упоминался тот факт, что при сжигании вещества образуется значительное количество тепла. Именно по этой причине ацетилен нередко используют в процессе резки и сварки различных металлов. Главным конкурентом ацетилена в этой области выступает пропан-бутан. Последняя разновидность газа стоит дешевле, но она выдает незначительную температуру горения.

Для снабжения газом в процессе сварки могут использоваться баллоны или генераторы. Более предпочтительным считается первый вариант. Оптимальным изделием признаны стандартные баллоны, рассчитанные на 40 л. Они выкрашены в белый цвет. При этом на поверхности красным цветом написано «Ацетилен».

Что такое ацетиленовая резка с кислородом

Стоит отметить, что для газопламенной обработки подойдет только растворенный и газообразный технический ацетилен. Сам баллон внутри заполнен особой пористой массой, предварительно пропитанной ацетоном. Подобный слой выполняет 2 важные функции.

  • Повышение безопасности в процессе выполнения работ. Так, вероятность распространения горения и взрыва на значительную площадь уменьшается.
  • Повышение количества ацетилена и ускорение процесса его выделения. Это возможно благодаря обеспечению значительной поверхности контактирования газа с ацетоном.

В роли пористой массы обычно выступает активированный уголь и волокнистый асбест. Также допускается применение пемзы.

Техника безопасности

Чтобы использование этого горючего газа не привело к печальным последствиям, необходимо помнить о мерах безопасности.

Оборудование для газосварки в среде ацетилена и кислорода

  • Важно постоянно отслеживать содержание ацетилена в воздухе. Максимально допустимая концентрация составляет 0,46%.
  • Если во время сварки используются ацетиленовые баллоны, необходимо избегать их размещения поблизости с отопительной системой или пламенем. Также нельзя работать с неисправными баллонами или оборудованием, расположенным горизонтально.
  • При обнаружении утечки газа следует быстро закрыть вентиль. Для этой цели подойдет только специальный ключ, не вызывающий образование искр.
  • При пожаре важно убрать холодные баллоны, а все остальные изделия стоит охлаждать соответствующими составами или водой.
  • Если началось возгорание газа, следует использовать огнетушители, содержащие 70% азота и 57% диоксида углерода. Также необходимо надеть специальные огнезащитные костюмы и противогазы.

Использование и хранение ацетиленовых баллонов

Для хранения и транспортировки ацетилена подойдут не все баллоны. Такое оборудование должно иметь специальный слой пористой массы, а все детали и вентили должны быть стойкими к влиянию горючего газа.

Стоит отметить, что баллоны необходимо периодически проверять:

Как правильно храненить ацетиленовые баллоны

  • при получении и перед началом сварки стоит тщательно осмотреть изделие;
  • раз в 2 года выполняется проверка специальной компанией, благодаря тщательному осмотру специалистов удастся убедиться в том, что пористая масса находится в хорошем состоянии;
  • все баллоны подвергаются испытаниям на прочность и плотность раз в 5 лет.

Поскольку конструкции, наполненные ацетиленом, очень чувствительны к нагреву, необходимо ответственно подходить к их хранению и перевозке.

  • Все изделия должны располагаться только горизонтально. При этом важно убедиться в том, что вентили расположены выше основания.
  • Между складом и ближайшим отопительным прибором должно быть расстояние минимум в 1 м.
  • Для хранения используются клетки, где помещается всего 20 штук баллонов.
  • При перевозке всю продукцию накрывают материалом, не пропускающим солнечные лучи.
  • В процессе сварки можно использовать для подачи газа только стальной трубопровод либо соответствующий шланг. Медные трубы применять категорически запрещено.

Хотя ацетилен считается довольно дорогим и потенциально опасным, он незаменим во время сварки. Это объясняется тем, что в процессе горения вещества происходит образование пламени, температура которого достигает 3000°C. Чтобы это не привело к негативным последствиям, важно правильно хранить ацетиленовые баллоны и придерживаться основных мер безопасности.

Газы, применяемые для сварки и резки металлов

Газовая сварка, при которой происходит плавление кромок свариваемых деталей в высокотемпературном пламени газовой горелки (рис. 1) с дальнейшим формированием шва, имеет по сравнению со сваркой электродуговой как преимущества, так и недостатки. К первым относится тот факт, что при помощи данного метода можно сваривать практически любые материалы, более того, чугун, медь, латунь и свинец даже легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. При этом отсутствует потребность в применении дорогого и сложного оборудования, а также в подключении к источнику электропитания. В то же время газовую сварку обычно применяют для обработки относительно тонких изделий, так как с увеличением толщины свариваемого металла в результате сравнительно медленного его прогрева пламенем и невысокой концентрации тепла резко падает ее производительность. Кроме того, стоимость газов, применяемых для создания высокотемпературного пламени, достаточно высока, поэтому эксплуатационные расходы в процессе газовой сварки часто оказываются выше, нежели для сварки электродуговой. Отметим, что при газовой сварке часто применяют присадочную проволоку, близкую по составу к свариваемому металлу, участвующую в образовании сварного соединения.

Читайте так же:
Станки для заточки цепей пил

Рис. 1. Схема инжекторной горелки для газовой сварки: 1 — мундштук; 2 — сменный наконечник; 3 — смесительная камера; 4 — инжектор; 5 — кислородный вентиль; 6 — ацетиленовый вентиль

Температура пламени при газовой сварке должна быть не меньше чем в два раза выше температуры плавления свариваемого материала. Лучше всего удовлетворяет этому условию ацетилен — при сжигании его в кислороде образуется пламя с температурой порядка 3150 ˚С, что позволяет сваривать практически любую сталь.

При этом в зависимости от соотношения ацетилен-кислород горючая смесь может образовывать различные типы пламени, по-разному влияющие на процесс сварки.

Нормальное пламя, образуется при подаче 1,1-1,3 объема кислорода на один объем ацетилена. Этого недостаточно для полного окисления горючего газа — как следствие в пламени преобладает монооксид углерода(СО) и водород, выделившийся при разложении ацетилена. Последний защищает расплавленный металл шва от окисления. Окончательное сгорание смеси до углекислого газа и воды происходит за счет кислорода воздуха.

При подаче меньшего объема кислорода получается коптящее науглероживающее пламя — недоокисленный углерод переходит в расплавленный металл, ухудшая качество шва.

Впрочем, избыток кислорода пользы также не приносит. Образующееся при этом окислительное пламя, хотя и характеризуется повышенной температурой, однако сообразно со своим названием окисляет металл шва, снижая его прочностные свойства. Оказывается, что при большом избытке кислорода и должном давлении он вообще может полностью окислить металл, выдувая из рабочей зоны продукты его сгорания. На этом принципе основана технология газовой резки. При ней ацетиленовое пламя исполняет скорее вспомогательную роль, подогревая место разреза до температуры, при которой металл начинает сгорать в струе чистого кислорода, подающегося в зону резки параллельно с горючей смесью. Основная теплота при этом выделяется именно за счет окисления металла. Логическим продолжением данного метода является копьевая резка, которая применяется для разрезания низкоуглеродистой и легированной стали большой толщины. Более того, копьевая резка позволяет справиться и с железобетоном. Сущность метода заключается в прожигании отверстий стальной трубкой(копьем), по которой под большим давлением подается кислород, при этом необходимую для процесса теплоту получают окислением металла конца трубки(предварительно подогретого) и железа обрабатываемого изделия. Совершая копьем горизонтальные и вертикальные движения можно вырезать куски материала нужной формы.

Важнейшее значение для сварки и резки металлов имеет надлежащий выбор применяемых в этих процессах газов и способов их получения.

Кислород

Технический кислород различают по степени чистоты, так 1-ый сорт содержит не менее 99,7% (объемных) кислорода, 2-й — не менее 99,5%, 3-й — не менее 99,2%. Особенно большое значение чистота кислорода имеет для кислородной резки. С понижением содержания в нем газовых примесей увеличивается скорость реза, и уменьшается расход самого кислорода. Доставлять кислород к месту сварки можно как в баллонах, так и в жидком состоянии. В первом случае, полученный путем криогенной ректификации из воздуха кислород закачивается в баллоны под давлением в 150-165 атм. Второй метод, позволяющий уменьшить расходы на содержание и транспортировку баллонов, заключается в доставке жидкого кислорода прямо к месту сварки в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией с последующим его испарением. При этом из 1 дм 3 жидкости получают 860 дм 3 газообразного кислорода (при нормальных условиях).

Читайте так же:
Шуруповерт интерскол 12 вольт характеристики

Ацетилен

Ацетилен также можно либо получать в готовом виде на месте, либо везти его издалека в баллонах. В первом случае используются так называемые ацетиленовые генераторы, где его получают реакцией карбида кальция с водой. Теоретически одного килограмма чистого карбида достаточно для образования 350 дм 3 ацетилена, на практике же выход горючего газа составляет не более 300 дм 3 /кг. Данный метод имеет определенные недостатки, связанные с хлопотностью хранения карбида кальция — он жадно поглощает воду из воздуха, образуя взрывоопасные ацетилен-воздушные смеси. Соответственно, загруженный в генератор кусок карбида должен быть полностью превращен в ацетилен, а полученный ацетилен — сожжен в горелке, во избежание проблем с безопасностью труда. Отбор данного газа из баллона не создает подобных трудностей. В то же время, сама технология баллонного хранения и перевозки ацетилена достаточно необычна, именно за счет его чрезвычайной взрывоопасности. Которая понижается при растворении ацетилена в ацетоне. В результате ацетиленовый баллон представляет собой наполненную пористой массой емкость. Пористая масса (например, активированный уголь) пропитана ацетоном, в ацетоне же растворяется ацетилен, закачиваемый в баллон под давлением 10-20 атм. При 10 атм. в стандартном 40-литровом баллоне помещается порядка 5 кг ацетилена, что эквивалентно 4,5 м 3 газа при нормальных условиях. Отбор ацетилена из баллона нежелательно производить со скоростью выше 1,5 м 3 /ч, так как при более интенсивной откачке газа из емкости уносится и часть ацетона. Таким образом, при больших объемах потребляемого ацетилена имеет смысл использовать ацетиленовые генераторы, для не столь масштабных работ более подходящим решением является отбор газа из баллонов.

Ацетилен для закачки в баллоны получают как из карбида кальция, так и при пиролизе природного газа. Отметим, что контакт с оксидом меди резко снижает температуру воспламенения ацетилена, поэтому при изготовлении оборудования для работы с этим газом стараются избегать использования медьсодержащих деталей.

Заменители ацетилена

Дороговизна ацетилена зачастую вынуждает искать ему газы-заменители, ведущее место среди которых занимает пропан, или же пропан-бутановая смесь, обладающие высокой теплотворной способностью. Впрочем, для удовлетворительного сгорания пропана требуется примерно в три раза больше кислорода, чем для ацетилена, что делает выгодность его применения не столь однозначной. Самым же большим недостатком пропана является более низкая, нежели у ацетилена температура пламени, что существенно осложняет его применение для сварки сталей. Поэтому пропан чаще используют либо при сварке легко плавящихся цветных металлов, либо для создания подогревающего пламени при кислородной резке сталей.

Если все же пропановое пламя используют для сварки углеродистых сталей, то приходится применять сварочную проволоку, содержащую повышенную концентрацию кремния и марганца, использующихся в качестве раскислителей, что улучшает качество сварного соединения. Отметим, что большой коэффициент объемного расширения пропана (и бутана) накладывают ограничения на объем газа, который может быть безопасно закачан в баллон.

Аналогичные проблемы возникают и при использовании других заменителей ацетилена — водорода, коксового газа, бензина, керосина. Низкая температура пламени, поучаемая при сжигании данных веществ, затрудняет их применение при сварке сталей, однако позволяет использовать их в процессах резки, а также сварки и наплавки более легкоплавких металлов.

В общем, возможности выбора того или иного варианта состава горючей смеси, а также способов ее получения, для газовой сварки или резки достаточно широки, и всецело зависят от конкретной ситуации.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector