Газовая ручная сварка

Сущность газовой сварки плавлением заключается в том, что присадочный и основной металлы расплавляются за счет теплоты газового пламени, получаемой при сгорании горючего газа в смеси с кислородом. При газовой сварке расплавленный металл защищается от вредного действия окружающей среды пламенем. Газовая сварка широко применяется при сварке тонкостенных изделий толщиной до 3 — 5 мм, а также цветных металов и сплавов, при исправлении дефектов чугунного литья, в бронзовых отливках и т. п.

В качестве горючего газа при газовой сварке чаще всего применяется ацетилен, но также используются водород, нефтяной газ, бензин и керосин и др. При сгорании этих горючих газов в смеси с кислородом образуется сварочное пламя, характеризующееся выделением большого количества теплоты.

Ацетилен относится к группе непредельных углеводородов. Химическая формула его С2Н2, а структурная Н — С = С — Н. На образование его затрачивается 54 ккал/моль. Такое же количество теплоты выделяется при распаде ацетилена. Ацетилен взрывоопасен; без наличия внешнего источника воспламенения при следующих условиях:

  • в случае, если температура газа (при давлении его выше 1,5 аmu) будет выше 550°С;
  • в присутствии катализаторов (при температуре газа 240 — 280°С) таких, как окислы меди и железа;
  • в смеси с воздухом при содержании газа от 2,2 до 82% и в смеси с кислородом при содержании газа от 2,3 до 93%; эти смеси взрываются при наличии искры или пламени.

В смеси с хлором указанная смесь взрывается под действием дневного света.

Промышленный способ получения ацетилена при газовой сварке заключается в разложении карбида кальция в воде.Реакция протекает по уравнению

СаС2 + 2 Н20 = С2Н2 + Са (ОН)2.

При этом выделяется около 400 ккал на один кг карбида. Получение ацетилена из карбида кальция производится в специальных генераторах.

Карбид кальция получается при взаимодействии кокса (антрацита) и негашеной извести в специальных печах по реакции

CaO + 3C = CaC2 + CO.

Из одного килограмма, карбида кальция ориентировочно получают 255 л ацетилена. Карбид кальция упаковывается в железные барабаны весом 50 — 130 кг. Ацетилен, получаемый в газогенераторах, содержит вредные примеси: фосфористый и сернистый водороды. Очистка ацетилена производится специальной порошкообразной очистительной массой гератоль, состоящей из инфузорной земли, пропитанной раствором натрового хромпика, и серной кислоты.

Газообразный кислород (О2) при нормальной температуре и атмосферном давлении бесцветен, не обладает запахом и вкусом. Кислород активно поддерживает процесс горения. Его получают путем охлаждения воздуха до сжижения и последующим разделением на кислород и азот. Испарение 1 л жидкого кислорода дает 860 л газообразного кислорода. Он взрывоопасен при давлении свыше 30 кГ/см2 в случае соприкосновения с маслами и жирами.

Сварочный пост при газовой сварке состоит из следующих элементов (рис. 214, а): баллона с растворенным ацетиленом 3, баллона с кислородом 5, вентиля 2, редуктора 4, горелки или резака 7, резиновой трубки 1 и резинового шланга 6.Ацетиленовые генераторы служат для получения ацетилена. Генераторы различаются по следующим признакам: по производительности (от 1 до 80 м3/час); по давлению получаемого ацетилена — низкого (от 0,01 до 0,1 кГ/см2), среднего (от 0,1 до 1,5 кГ/см2) и высокого (от 1,5 до 1,75 кГ/см2); по роду установок — стационарные и передвижные; по принципу действия системы «карбид в воду», «вода на карбид» (вариант мокрого и сухого процесса) и генераторы контактной системы (с вариантом «погружения» и «вытеснения»).

При работе с ацетиленовыми генераторами (рис. 214, б) сварочные посты оснащаются предохранительными затворами. Назначение предохранительных затворов заключается в предотвращении возможности проникновения газокислородного пламени в газопроводы и генераторы (так называемый обратный удар). Обратный удар пламени образуется, когда скорость воспламенения газов становится больше скорости истечения их. Практически обратный удар возникает при нагреве горелки выше 500º. Затворы делятся на водяные затворы низкого, среднего и высокого давления.

Рис. 214. Газовая сварка: а — схема газосварочного поста с питанием от баллонов; б — генератор ГНВ-1,25; 1 — контрольный кран; 2 — вытеснитель; 3 — водяной затвор; 4 — шланг; 5 — кран водяного затвора; 6 — кран; 7 — корпус; 8 — разделительная перегородка; 9 — кран; 10 — шланг; 11 — ацетиленовая трубка; 12 — загрузочная машина; 13 — реторта.

Баллоны служат для транспортировки и хранения газов в сжатом, жидком и растворенном состоянии.Водяная емкость кислородного баллона равна 40 л, что соответствует содержанию в нем 6000 л газа при давлении 150 кГ/см2. Окрашиваются баллоны в голубой или синий цвета. Размеры баллона: наружный диаметр 219 мм, толщина стенки 8 мм, высота 1390 мм, вес 67 кг. Изготовляются кислородные баллоны из специальной стали.

Ацетиленовые баллоны отличаются от кислородных тем, что окрашиваются в белый цвет и внутри заполняются пористой массой (активированный уголь), пропитанной ацетоном. Ацетилен накачивается в баллоны под давлением 15 — 16 кГ/с2 и при 20° растворяется в ацетоне. В таком виде его хранение делается безопасным. В одном объеме ацетона растворяется 23 объема ацетилена при давлении 1 кГ/см,2 (15°). Пористая масса служит для предотвращения взрыва всей массы газа.

Тепловая мощность газового пламени (N) характеризуется расходом горючих (в л/час) и регулируется сменой наконечников горелки. Выбор мощности пламени в зависимости от теплофизических свойств и толщины металла производится по формуле

N = δ к л/час,

где δ — толщина металла в мм; к — коэффициент пропорциональности (л/час на один мм толщины металла). Он принимается равным для малоуглеродистой стали — 100 : 130; для нержавеющей стали — 75 ÷ 100, меди — 150 ÷ 200 и алюминия — 150.

В процессе сварки наконечник горелки совершает поперечное движение по отношению к оси шва и продольное вдоль его оси. Движение горелки, необходимо для получения равномерного нагрева и расплавления металла детали и присадочной проволоки в месте сварки присадочная проволока совершает движение в направлении обратном перемещению горелки. Характер движения горелки и проволоки при сварке зависит от толщины и размеров металла и положения шва в пространстве (нижнее, вертикальное и потолочное).Угол наклона α наконечника горелки влияет на распределение теплоты по изделию, глубину проплавления кромок и на скорость сварки (рис. 215, а). Величина угла наклона горелки устанавливается в зависимости от теплофизических свойств и толщины металла; чем тоньше металл и ниже его теплопроводность, тем меньше угол наклона горелки и наоборот.

Рис. 215. Способы газовой сварки и типы соединений: а — схема изменения угла наклона; в — левый способ сварки; б — правый способ: г — виды подготовки кромок.

Различают два способа ведения сварочного процесса — правый и левый. Сущность правого способа состоит в том, что пламя горелки перемещается слева направо и направлено на горячий металл шва, а присадочная проволока движется позади горелки (рис. 215, б). Угол раскрытия кромок берется равным не 90°, а 60 — 70°, что уменьшает вес наплавленного металла, сокращает расход газов (на 15 — 25%) и время сварки (на 20 — 25%), а также уменьшает деформацию изделий. Этот способ сварки применяется при толщине металла более 5 мм. Расход горючих газов берется из расчета до 150 л на один миллиметр толщины металла.

Левый способ сварки отличается от правого тем, что пламя горелки перемещается справа налево (рис. 215, в) и направлено на холодный металл, а присадочная проволока движется впереди горелки. Левый способ применяется при сварке листов из легкоплавких металлов и их сплавов толщиной до 4 мм. Мощность пламени принимается равной 100 — 130 л/час на 1 мм толщины металла.Скос кромок металла перед сваркой производится для получения полного провара свариваемого металла по всей его толщине. Скос кромок применяется для листов толщиной более 4 мм. Для обеспечения полного провара вершины шва угол скоса должен быть равен 70 — 90º. Различные виды подготовки кромок показаны на рис 215, г.

Газовое пламя является слабым восстановителем окислов железа, поэтому при газовой сварке применяют различные флюсы. Флюсы служат для удаления окислов и легирования сварочной ванны.

Вытекающая из сопла горелки смесь газов поджигается и образуется пламя. На рис. 216 показано строение пламени.

Рис. 216. Строение газового и состав ацетилено-кислородного пламени при соотношении газов в смеси β-1: а — характерные зоны пламени; б — изменение газового состава по длине: 1 — ядро; 2 — средняя зона; 3 — факел.

Пламя состоит из трех основных зон:

  • ярко очерченное ядро с температурой от 300 до 1000°С;
  • средняя (рабочая) зона с температурой от 3050 до 3150°С;
  • факел, имеющий температуру в конце 1200°С.

Средняя зона состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена — окиси углерода СО и водорода Н2, которые частично раскисляют жидкий металл сварочной ванны. Нормальное пламя образуется тогда, когда на один объем ацетилена приходится несколько большее количество кислорода (О2 : С2Н2 = 1,1 ÷ 1,2). Этим пламенем, производится сварка малоуглеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей, а также производится пайка, резка, металлизация.

Науглероживающее пламя отличается от нормального избытком ацетилена (О2 : С2Н2 = 0,8 ÷ 0,9). Оно имеет температуру средней зоны 2700 — 3060°С.Такое пламя применяется при наплавке твердых сплавов и при сварке высокоуглеродистых сталей.

Окислительное пламя образуется при избытке кислорода (О2 : С2Н2 = 1,2 ÷ 1,5). Температура средней зоны 3100—3300°С. Окислительное пламя используется при сварке латуни, при сварке чугуна бронзой, резке, огневой поверхностной строжки металла и т. д.

Кислородные вентили предназначены для создания плотного соединения баллона с редуктором или рампой. Изготавливается вентиль из латуни. Ацетиленовые вентили отличаются от кислородных размерами, способом присоединения к редуктору и открывания.

Редукторы (кислородные и ацетиленовые) предназначаются для понижения давления газа, находящегося в баллоне (кислородном и ацетиленовом), до необходимого рабочего и поддержания постоянным отрегулированного давления. Редукторы бывают однокамерные и двухкамерные.

Сварочные горелки служат для смешения горючего газа с кислородом и для образования сварочного пламени.

По способу подачи горючего газа в камеру смешения различают инжекторные и безынжекторные горелки; по размеру и весу — нормальные и облегченные, а по числу сопел — односопловые и многосопловые.

Инжекторные горелки (рис. 217, а) работают на ацетилене низкого и среднего давления (от 0,01 до 0,5 кГ/см2) при давлении кислорода от 1 до 5 кГ/см2. Инжекцией называется подсос ацетилена в камеру смешения струей кислорода. Горелки этого типа имеют семь сменных наконечников, служащих для регулирования мощности пламени, для сварки металла толщиной от 0,5 до 30 мм.

Рис. 217. Схемы горелок: а — инжекторный: б — безынжекторный.
 
В инжекторной горелке кислород под давлением 4 — 5 кГ/см2 подается по трубке 7 через вентиль 5 к инжектору 4. Из инжектора кислород выходит с большой скоростью и создает разрежение в ацетиленовых каналах 6, благодаря чему ацетилен засасывается в смесительную камеру 3. Смесь газов по трубке 2 подается к мундштуку 1.Горелки безынжекторные (рис. 217, б) отличаются от инжекторных тем, что питание от баллонов происходит через специальный редуктор, выравнивающий давление ацетилена и кислорода. Они работают при давлении газов от 0,5 до 0,7 кГ/см2.

При помощи газовой сварки производится ремонт и заварка брака стального, чугунного и цветного литья, а также сварка изделий малых толщин из углеродистой, легированной стали и цветных металлов и их сплавов.

Процесс газовой сварки может быть механизирован. В промышленности применяется автоматическая газовая сварка труб, заключающаяся в том, что пламенем продольной многорядной горелки нагреваются кромки трубы, затем сдавливаются и свариваются.

Сварка продольных швов выполняется на специальных автоматах. Свариваются продольные швы труб из высоколегированной и других сталей. Производительность сварки газоводопроводныя груб диаметром 2,5" с толщиной стенки 3,25 мм составляет 300 м/час; что выше, чем при автоматической дуговой сварке под флюсом.



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр