Принципы газовой сварки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

технологический газовый сварка

Сварка - это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого [8.с. 78]. С помощью сварки между собой соединяются однородные и разнородные металлы, их сплавы, некоторые керамические материалы и пластмассы. Сварка является одним из наиболее широко распространенных технологических процессов в машиностроении, строительстве, ремонтном деле.

Особое место среди видов термической сварки занимает газовая сварка. Способ газовой сварки был разработан в конце XIX столетия, когда начиналось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В тот период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и обеспечивала получение наиболее прочных сварных соединений. В дальнейшем с созданием и внедрением высококачественных электродов для дуговой сварки, автоматической и полуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов (аргона, гелия и углекислого газа и др.), газовая сварка была постепенно вытеснена из многих производств этими способами электрической сварки. Тем не менее, сравнительная простота оборудования и инструментов, большая универсальность позволили использовать газовую сварку для соединения небольших деталей из различных металлов и для всевозможных ремонтных работ в различных отраслях народного хозяйства, особенно в сельском хозяйстве.

Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным металлам.

Газовая сварка в сравнении с дуговой обеспечивает более плавный нагрев и медленное охлаждение изделий - это и определяет в основном области ее использования.

Газовая сварка находит применение при ремонтных работах, газовой сваркой соединяют стали малой толщины, чугуны, цветные металлы и сплавы. Широкое применение получила газовая сварка для получения заготовок из листового проката большой толщины и других работ.

1. Описание теоретические основы технологического производства газовой сварки

Сварку применяют для получения неразъемного соединения деталей при изготовлений изделий, машин и сооружений из металла. Прежде для этого преимущественно пользовались клепкой.

Сварное изделие имеет меньшей вес, чем клепальное, проще в изготовлении, дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий срок, с меньшей затратой труда и материалов. Сваркой можно изготовлять изделия очень сложной формы, которые прежде удавалось получить только отливкой или кузнечной и механической обработкой. При изготовлении металлоконструкций сварка дает от 10 до 20% экономии металла по сравнению с клепкой, до 30% по сравнению с литьем из чугуна.

Сварные швы обеспечивают высокую надежность (плотность и прочность) резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и давлениях газов, паров и жидкостей.

Газовая сварка относится к сварке плавлением. Газовая сварка - это сварка плавлением, при которой металл в зоне соединения нагревают до расплавления газовым пламенем [8, с. 68]. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки.

Преимущества газовой сварки - простота способа, не требует сложного и дорогого оборудования, а также источника электроэнергии. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла [8, с. 69].

К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке. При газовой сварке концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке. Однако при правильно выбранной мощности пламени, умелом регулировании его состава, надлежащей марке присадочного металла и соответствующей квалификации сварщика газовая сварка обеспечивает получение высококачественных сварных соединений.

Благодаря сравнительно медленному нагреву металла пламенем и относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины свариваемого металла. Например, при толщине стали 1 мм, скорость газовой сварки составляет около 10 м/ч, а при толщине 10 мм - только 2 м/ч. Поэтому газовая сварка стали толщиной свыше 6 мм менее производительна по сравнению с дуговой сваркой и применяется значительно реже.

Стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода при газовой сварке выше стоимости электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие этого газовая сварка обходится дороже, чем электрическая.

Газовую сварку используют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1- 3 мм, сварке чугуна, алюминия, меди, латуни, наплавке твердых сплавов, исправлении дефектов литья и др. [9, с. 82].

Процесс газовой сварки труднее поддается механизации и автоматизации, чем процесс электрической сварки.

Поэтому автоматическая газовая сварка многопламенными линейными горелками находит применении только при сварке обечаек и труб из тонкого металла продольными швами газовую сварку применяют при:

- изготовлении и ремонте изделий из тонко-листовой стали (сварке сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, варке заплат и пр.);

- сварке трубопроводов малых и средних диаметров (до 100 мм) и фасонных частей к ним;

- ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы и силумина;

- сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца;

- наплавке латуни на детали из стали и чугуна;

- сварке кованого и высокопрочного чугуна с применением присадочных прутков из латуни и бронзы, низкотемпературной сварке чугуна.

При помощи газовой сварки можно сваривать почти все металлы, применяемые в технике. Такие металлы, как чугун, медь, латунь, свинец легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. Если учесть еще простоту оборудования то становится понятным широкое распространение газовой сварки в некоторых областях народного хозяйства (на некоторых заводах машиностроения, сельском хозяйстве, ремонтных, строительно-монтажных работах и др.).

Для газовой сварки необходимо:

1) газы - кислород и горючий газ (ацетилен или его заменитель);

2) присадочная проволока (для сварки и наплавки);

3) соответствующее оборудование и аппаратура, в то числе:

- кислородные баллоны для хранения запаса кислорода;

- кислородные редукторы для понижения давления кислорода, подаваемого из баллонов в горелку или резак;

- ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится под давлением и растворен в ацетилене;

- сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором наконечников для нагрева метла различной толщины;

- резиновые рукава (шланги) для подачи кислорода и ацетилена в горелку;

- принадлежности для сварки;

4) Сварочный стол или приспособление для сборки и закрепления деталей при прихватке, сварки;

5) флюсы или сварочные порошки, если они требуются для сварки данного металла.

2. Материалы, используемые в процессе газовой сварки. Требования, предъявляемые качеству материалов

При газовой сварке в качестве источника теплоты используется газовое пламя - пламя горючего газа, сжигаемого для этой цели в кислороде в специальных горелках.

В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наиболее высокую температуру по сравнению с пламенем других газов имеет ацетиленокислородное пламя, поэтому оно нашло наибольшее применение.

Для получения ацетилена используют карбид кальция - химическое соединение кальция с углеродом СаС₂. Карбид кальция активно взаимодействует с водой и интенсивно поглощает влагу из воздуха и разлагается, поэтому его хранят в специальных герметичных барабанах из кровельной стали вместимостью 100 и 130 кг. [8, с. 70].

Ацетилен С₂Н₂ является химическим соединением углерода и водорода. Его получают в специальных аппаратах - ацетиленовых генераторах - при взаимодействии воды с карбидом кальция. Реакция разложения карбида кальция с образованием газообразного ацетилена и гашеной извести протекает бурно со значительным выделением теплоты Q:

СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са(ОН)₂ + Q (1)

При разложении 1 кг. карбида кальция образуется 0,25-0,30 м³ ацетилена.

Ацетилен при нормальных условиях (температура 20°С, давление 760 мм рт. ст.) представляет собой бесцветный газ с резким специфическим (чесночным) запахом. Ацетилен легче воздуха: 1 м³ ацетилена при нормальных условиях имеет массу 1,09 кг. Ацетилен взрывоопасен, с воздухом он образует взрывоопасные смеси в пределах от 2,2 до 81% (по объему) при нормальном атмосферном давлении, с кислородом - от 2,3 до 93%. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие 7-13% ацетилена [7, с. 62].

Взрывоопасность ацетилена понижается при растворении в жидкостях. Он хорошо растворяется в ацетоне. При нормальных условиях в одном объеме технического ацетона растворяется до 20 объемов ацетилена. Растворимость ацетилена в ацетоне возрастает с увеличением давления и понижением температуры. К месту сварки ацетилен доставляется в специальных стальных баллонах, заполненных пористой, пропитанной ацетоном массой, под давлением 1,9 МП а (19 кгс/см²) [6, с. 53].

Ацетилен получают также из природного газа, нефти, угля. Ацетилен, полученный из природного газа, называется пиролизным.

Кроме ацетилена, при резке, сварке и пайке применяют и другие, более дешевые и менее дефицитные горючие газы и пары жидкостей (таблица 2.1). При кислородной резке используют горючие газы, которые при сгорании в смеси с кислородом дают пламя с температурой не ниже 2000°С. Применение газов-заменителей дает более высокую чистоту реза при резке металлов малых толщин. При сварке температура пламени газа-заменителя должна примерно вдвое превышать температуру плавления свариваемого металла.

Выбор горючего газа зависит не только от температуры пламени, но и от его теплотворной способности. Теплотворной способностью газа называется количество теплоты (в джоулях), получаемое при полном сгорании 1 м³ газа. Для расчетов замены ацетилена другим газом-заменителем пользуются коэффициентом замены ацетилена. Коэффициентом замены ацетилена Ш называется отношение расхода газа-заменителя V₃ к расходу ацетилена V_а при одинаковой эффективной тепловой мощности q_n:

Ш = V_a * V_a. (2)

Таблица 2.1. Основные свойства горючих газов и жидкостей для газовой сварки металлов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эффективной тепловой мощностью пламени q_n называется количество теплоты, вводимой в нагреваемый металл в единицу времени. Чем выше теплотворная способность газа и температура пламени, тем выше его эффективная мощность и меньше расход газа при сварке и резке [8, с. 72].

Водород Н₂ - горючий газ без цвета и запаха, в 14,5 раза легче воздуха, взрывоопасен, получают разложением воды электрическим током. Водород транспортируется и хранится в газообразном виде (в баллонах) под давлением 15 МПа.

Коксовый газ - бесцветный газ с запахом сероводорода, получают при выработке кокса из каменного угля; состоит из смеси горючих продуктов: водорода, метана и других непредельных углеводородов. Транспортируется по газопроводу.

Городской газ - смесь горючих газов (в процентах по объему): метана - 70-95, водорода - до 25, тяжелых углеводородов - 1, азота - до 3, оксида углерода - до 3, углекислого газа - до 1. Транспортируется по газопроводу под давлением 0,3 МПа [8, с. 72].

Пропан-бутановые смеси - бесцветные газы, без запаха, состоят в основном из пропана С₃Н₈ и бутана С4Н10, обладают самой большой теплотворной способностью. Транспортируются и хранятся в жидком виде в баллонах под давлением 1,6 МПа.

Бензин и керосин - продукты переработки нефти, бесцветные, легкоиспаряющиеся жидкости. Транспортируются в бочках.

Высокая температура газового пламени достигается сжиганием горючего газа или паров жидкости в кислороде.

Кислород при нормальных условиях - это бесцветный негорючий газ, не имеющий запаха, немного тяжелее воздуха, 1 м³ его массы равен 1,33 кг. Кислород имеет высокую химическую активность и образует соединения со всеми элементами (кроме инертных газов). Он активно поддерживает горение с выделением большого количества теплоты. К месту сварки кислород доставляют или в газообразном состоянии в кислородных баллонах, или в жидком виде в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Кислородом наполняют баллоны до давления 15 МПа. Баллон вместимостью 40 дм³ при давлении 15 МПа содержит 6 м³ кислорода [8, с. 73].

Кислород, соприкасаясь с маслами и жирами, окисляет их, что может привести к их самовоспламенению или взрыву. Поэтому баллоны с кислородом необходимо предохранять от загрязнения маслами и жирами.

Для превращения жидкого кислорода в газ используют газификаторы и насосы с испарителями для жидкого кислорода. К рабочим постам газ в этом случае поставляется по газопроводу. При нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С 1 дм³ жидкого кислорода при испарении дает 860 дм³ газообразного. Поэтому доставка кислорода в жидком состоянии позволяет примерно в 10 раз уменьшить массу тары, экономить металл на изготовление баллонов, уменьшить расходы на их транспортировку и хранение.

Для сварки и резки по ГОСТ 5583-78 технический кислород выпускается трех сортов: 1-й чистотой не менее 99,7%, 2-й - не менее 99,5, 3-й - не менее 99,2% по объему. Чистота кислорода имеет большое значение для кислородной резки. Чем чище кислород, тем выше скорость резки, чище кромки и меньше его расход [3, с. 292].

Присадочный материал для газовой сварки применяют в виде проволоки, литых прутков и гранулированного порошкообразного металла (при наплавке твердыми сплавами).

Сварочная проволока для газовой сварки и наплавки поставляется по тем же техническим условиям, что и для дуговой сварки: стальная сварочная проволока из низкоуглеродистых, легированных и высоколегированных сталей - по ГОСТ 2246-70; сварочная проволока из алюминия и алюминиевых сплавов - по ГОСТ 7871-75, сварочная проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе - по ГОСТ 16130-72.

Прутки чугунные для сварки и наплавки выпускаются по ГОСТ 2671-70 и в зависимости от назначения изготовляются следующих марок: А - для горячей газовой сварки (с общим подогревом изделия); Б - для газовой сварки с местным подогревом и для электродных стержней; НЧ-1 и НЧ-2 для низкотемпературной газовой сварки толстостенных отливок; БЧ и ХЧ - для износостойкой наплавки [8, с. 74].

Диаметр проволоки устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла и вида сварки. Обычно принимают диаметр проволоки, равный половине толщины свариваемого металла. При толщине металла более 16 мм используют прутки диаметром 8 мм.

Флюсы. Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся оксидов при газовой сварке применяют легкоплавкие сварочные флюсы. Флюсы можно вводить в сварочную ванну различными способами: подсыпать в зону сварки лопаткой; составлять пасты и наносить их на кромки свариваемых деталей и присадочный материал; вводить в порошкообразном и газообразном виде непосредственно в сварочное пламя через горелку. В процессе сварки флюс растворяет неметаллические включения и оксиды, образуя легкоплавкую с малой удельной плотностью механическую смесь, которая легко поднимается на поверхность сварочной ванны в шлак. В качестве флюсов используют буру, борную кислоту, оксиды и соли бария, калия, лития, натрия, фтора и др.

С флюсами выполняется сварка цветных металлов, чугунов и некоторых высоколегированных сталей. При сварке низкоуглеродистых сталей флюсы не употребляются, так как образующиеся в этом случае легкоплавкие оксиды железа свободно выходят на поверхность сварочной ванны.

При сварке чугуна чаще всего в качестве флюса используют порошкообразную прокаленную буру Na₂B₄O₇ или смесь ее с другими легкоплавкими солями щелочных металлов. Бура при разложении в зоне сварки выделяет Na₂O и В₂О₃, которые активно взаимодействуют с оксидами, переводя их в шлак.

При сварке алюминия и его сплавов применяют флюс марки АФ-4а, содержащий 50% хлорида калия, 14% хлорида лития, 8% фторида натрия и 28% хлорида натрия. Флюс разводят дистиллированной водой и наносят на свариваемые кромки и присадочный пруток в виде пасты [, с.].

При сварке меди и ее сплавов наряду с применением порошкообразных флюсов на основе буры хорошее качество достигается с помощью флюса БМ-1, состоящего из 25% метилового спирта и 75% метилбората, или флюса БМ-2, состоящего только из метилбората В(СН₃О)₃. Эти флюсы вводятся в сварочную ванну в виде паров вместе с ацетиленом с помощью специального флюсопитателя, через который пропускается ацетилен перед поступлением в горелку [8, с. 58]. В пламени флюс сгорает по реакции

2В(СН₃О)₃ + 2О₂ = В₂О₃ + 2СО₂ + ЗН₂О. (3)

3. Технология газовой сварки

Внешний, вид температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от состава горючей смеси, т.е. соотношение в ней кислорода и ацетилена. Изменяя состав горючей смеси, сварщик изменяет свойства сварочного пламени. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена в смеси, можно получать три основных вида сварочного пламени, рис. 3.1.

Рис. 3.1. Виды ацетилено-кислородного пламени

а - науглероживающее, б - нормальное, в-окислительное;

1 - ядро, 2 - восстановительная зона, 3 - факел

Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное) пламя (рис. 3.1, б).

Окислительное пламя (рис. 3.1, в) применяют при сварке с целью повышения производительности процесса, но при этом обязательно пользоваться проволокой, содержащей повышенное количество марганца и кремния в качестве раскислителей, оно также необходимо при сварке латуни и пайке твердым припоем.

Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердыми сплавами. Пламя с незначительным избытком ацетилена используют для сварки алюминиевых и магниевых сплавов.

Качество наплавленного металла и прочности сварного шва сильно зависят от состава сварочного пламени.

В зависимости от свариваемого материала, его толщины и типа изделия выбирают следующие основные параметры режима сварки: мощность сварочного пламени, вид пламени, марку и диаметр присадочной проволоки, флюс, способ и технику свари [8, с. 82].

Тепловую мощность сварочного пламени определяют расходом ацетилена, проходящего через горелку:

Q_a = A*S,

где Q_a - расход ацетилена, дм³/ч; S - толщина металла, мм; А - коэффициент, определяемый опытным путем (для углеродистых сталей А = 100 - 130 дм³/(ч-мм), для меди - 150, для алюминия - 75 дм³/(ч-мм)). Мощность пламени регулируется сменными наконечниками горелки.

Перед газовой сваркой кромки соединяемых элементов и примыкающие к ним поверхности на участке 20 - 40 мм (с каждой стороны) должны быть зачищены до металлического блеска от ржавчины, масла и других загрязнений металлическими или круглыми приводными щетками, иногда напильниками или наждачной бумагой. При сварке ответственных деталей применяют пескоструйную или дробеструйную обработку, механический режущий инструмент, а также химическую очистку специальными пастами на кислотной основе.

Различают два способа сварки: левую и правую.

При левой сварке (рис. 3.2, а) перемещение горелки производится справа налево, а при правой сварке (рис. 3.2, б) - слева направо. В первом случае присадочная проволока находится перед пламенем горелки, во втором случае - сзади него. При левом способе пламя направлено на несваренную часть шва: для более равномерного прогрева кромок и лучшего перемешивания металла сварочной ванны производятся зигзагообразные движения наконечника и проволоки [7, с. 78].

Рис. 3.2 Способы сварки

а - левая, б - правая; 1 - момент сварки, 2 - схемы движений мундштука и проволоки, 3 - углы наклона мундштука и проволоки, в ~ угол наклона мундштука при разной толщине металла

Левая сварка обеспечивает более равномерную высоту и ширину шва в сварном соединении, наибольшую производительность и меньшую стоимость при сварке листов толщиной до 5 мм. Это объясняется тем, что пламя предварительно подогревает основной металл, подлежащий сварке. Кроме того, левая сварка проще но выполнению и не требует от сварщика приобретения больших навыков.

Левую сварку применяют также для легкоплавких металлов. Для сварки стали при левом способе мощность пламени устанавливается 100-120 дм³ ацетилена/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Повышение скорости при левой сварке по сравнению с правой может происходить лишь до тех пор, пока поглощение тепла изделием (потери) незначительно, а это возможно только при сварке тонких листов.

При толщине лисов более 5 мм. левая сварка по скорости уступает правой. При правой сварке нагрев в сварочной ванне более интенсивен, в сварочную ванну вводится больше тепла, ядро пламени можно приблизить к поверхности ванны. Кроме того, пламя подогревает уже наплавленный металл, этот нагрев распространяется на незначительно расстояние от сварочной ванны, следовательно, происходит термическая обработка металла шва и зоны термического влияния.

Мощность пламени для сварки стали устанавливается 120 - 150 дм³ ацетилена/ч на 1 мм толщины свариваемого металла [6, с. 68].

Пламя горелки направляют на металл изделия так, чтобы кромки свариваемых частей находились в восстановительной зоне пламени на расстоянии 2- 6 мм от конца ядра. Касаться концом ядра металла изделия и присадочного прутка нельзя. Это вызовет науглероживание металла, ванны и будет способствовать возникновению хлопков и обратных ударов пламени.

Диаметр присадочной проволоки определяют в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе сварки диаметр присадочной проволоки d = S/2, но не более 6 мм, при левом - d = S/2 + 1, где S - толщина свариваемого металла, мм. [3, с. 292].

Скорость нагрева регулируют изменением угла наклона б мундштука к поверхности свариваемого металла (рис. 3.3, а). 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; рис. 3.3, б). Основным является продольное движение. Поперечное движение служит для равномерного прогрева кромок основного металла и получения шва необходимой ширины.

Газовой сваркой можно выполнять нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы. Наиболее трудно выполнять потолочные швы ввиду стекания вниз капель металла из сварочной ванны; в этом случае сварщик должен удерживать жидкий металл в шве дутьем газового пламени.

Рис. 3.3. Углы наклона мундштука горелки при сварке различных толщин (а) и способы перемещения мундштука горелки (б): 1 - с отрывом горелки; 2 - спиралеобразный; 3 - полумесяцем; 4 - волнистый.

Швы накладываются однослойные и многослойные. При толщине стали 8-10 мм шов выполняют в два слоя. Листы толщиной 10 мм и выше сваривают в 3 слоя и более. Многопроходных швов при газовой сварке не применяют из-за трудности наложения узких валиков.

Многослойной сваркой обеспечивается повышенная прочность металла, шва и всего сварного соединения по сравнению с однослойной: получается меньший участок перегретого металла в зоне термического влияния сварного соединения, достигается нормализация (отжиг) нижележащих слоев при наплавке последующих. Толщина слоя подбирается такой, чтобы металл предыдущею слоя приобретал мелкозернистое строение. Для сварки незакаливающейся стали толщина слоя многослойною шва составляет 3-8 мм в зависимости от толщины и размеров изделия. Металл верхнего слоя шва рекомендуется отжечь газовым пламенем без присадочного металла [7, с. 79].

Перед наложением каждого слоя нужно очистить поверхность металла предыдущего слоя проволочной щеткой от шлаков и толстой окалины.

Горизонтальные и потолочные швы обычно выполняют правым способом сварки Вертикальные и наклонные швы сваривают снизу вверх левым способом.

При газовой сварке углеродистых и низколегированных незакаливающихся сталей применяется сварочная проволока марок Сн-08 Св-08А, Св-08АА, Св-08Г, Св-08ГС Св-РГС и других по ГОСТ 2246-70.

4. Оборудование, используемое при газовой сварке

Для газовой сварки используется различное оборудование. Оборудование поста для газовой сварки приведено на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Оборудование поста для газовой сварки:

2 - горелка; 2 - шланг для подвода ацетилена; 3 - шланг для подвода кислорода; 4 - ацетиленовый баллон; 5 - ацетиленовый редуктор; в-кислородный редуктор; 7 - кислородный вентиль; 8 - кислородный баллон

Ацетиленовым генератором называется аппарат, служащий для получения ацетилена из карбида кальция с помощью воды [8, с. 216].

Ацетиленовые генераторы для сварки и резки классифицируются следующим образом (ГОСТ 5190-78):

по производительности - от 0,5 до 160 м³/ч;

по давлению вырабатываемого ацетилена - низкого давления (до 10 кПа) и среднего давления (от 70 до 150 кПа);

по способу применения - передвижные производительностью 0,5-3 м³/ч и стационарные производительностью 5-160 м³/ч;

по способу взаимодействия карбида кальция с водой - на системы: KB - «карбид в воду»; ВК - «вода на карбид» с вариантами «мокрого» и «сухого» процессов; ВВ - «вытеснение воды»; ПК - «погружение карбида в воду» [8, с. 75].

Ацетиленовые генераторы любой системы и конструкции должны иметь: газообразователь, в котором происходит разложение карбида кальция водой; газосборник, предназначенный для сбора и хранения газа; предохранительное устройство, ограничивающее давление газа в пределах значений, установленных для данного типа генератора; устройство для автоматической регулировки количества вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления [8, с. 314].

Устройства, предохраняющие ацетиленовые генераторы и газопроводы от попадания в них взрывной волны при обратных ударах пламени из сварочной горелки или резака, называются предохранительными затворами. Обратный удар - это воспламенение горючей смеси в каналах горелки или резака и распространение пламени по шлангу горючего газа. Горящая смесь газов при обратном ударе устремляется по ацетиленовому каналу горелки или резака в шланг, и если отсутствует предохранительный затвор, она попадает в ацетиленовый генератор, что может привести к его взрыву. Обратный удар происходит в случае, если скорость истечения горючей смеси меньше скорости ее сгорания, а также от перегрева и засорения канала мундштука горелки.

Предохранительные затворы бывают жидкостные и сухие. Жидкостные затворы заливают водой, сухие - заполняют мелкопористой металлокерамической массой [8, с. 76].

Затворы классифицируют по пропускной способности - 0,8; 1,25; 2,0; 3,2 м³/ч; по предельному давлению - низкого давления, в которых предельное давление ацетилена не превышает 10 кПа, среднего давления - 70 и высокого давления 150 кПа (ГОСТ 8766 - 81).

Предохранительные затворы устанавливают между ацетиленовым генератором или ацетиленопроводом (при многопостовом питании от стационарных генераторов) и горелкой или резаком.

Принцип действия водяного затвора показан на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Схема водяного затвора:

а - при нормальной работе; б - при обратном ударе

Корпус 3 затвора заполняют водой до уровня контрольного крана КК. Ацетилен подводится по трубке 1. Он проходит через обратный клапан 2, расположенный в нижней части корпуса, и затем, двигаясь вверх, через отражатель 4 попадает в верхнюю часть корпуса. К месту потребления ацетилен отводится через расходный кран РК. В верхней части корпуса имеется трубка, закрытая мембраной 5 из алюминиевой фольги. При обратном ударе мембрана разрывается и взрывчатая смесь выходит наружу. Давление взрыва через воду 6 передается на клапан 2, который закрывает подвод газа от генератора. После выхода взрывчатой смеси мембрану заменяют.

Баллоны для сжатых газов. Для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов, находящихся под давлением, применяют стальные баллоны вместимостью от 0,4 до 55 дм³ (ГОСТ 949-73).

Наибольшее распространение при газовой сварке получили баллоны вместимостью 40 дм³. Баллоны представляют собой стальные цилиндрические сосуды, в горловине которых имеется конусное отверстие с резьбой, куда ввертывается запорный вентиль разной конструкции для горючих газов и кислорода.

Каждому газу соответствует свой условный цвет окраски баллона и надписи на нем (таблица 4.1.).

Таблица 4.1. Обозначение баллонов

Баллон	Цвет окраски	Цвет надписи
Кислородный Ацетиленовый Пропановый Водородный	Голубой Белый Красный Темно-зеленый	Черный Красный Белый Красный

Ацетиленовые баллоны заполняют пористой массой (древесным углем, пемзой, инфузорной землей), образующей микрополости, необходимые для безопасного хранения ацетилена. Массу в баллоне пропитывают ацетоном (225-300 г. на 1 дм³ вместимости баллона), в котором хорошо растворяется ацетилен. При нормальных условиях в одном объеме ацетона растворяются 23 объема ацетилена. Давление растворенного ацетилена в наполненном баллоне не должно превышать 1,9 МПа при 20°С. Для уменьшения потерь ацетона из баллона ацетилен необходимо отбирать со скоростью не более 1700 дм³/ч [8, с. 78].

Баллоны снабжены вентилями - запорными устройствами, которые позволяют сохранить в баллоне сжатый или сжиженный газ. Каждый вентиль имеет шпиндель, который перемещается при вращении маховика, открывая или закрывая клапан.

Редукторы служат для понижения давления газа, при котором он находится в баллоне или магистрали, до рабочего давления и для автоматического поддержания этого давления постоянным. Редуктор имеет клапан, управляемый гибкой мембраной, на которую с одной стороны действует сила пружины, а с другой - давление газа. Регулированием силы пружины обеспечиваются заданное давление и расход газа.

При большом расходе горючих газов питание осуществляют от газораспределительной рампы, состоящей из двух коллекторов, гибких подсоединительных трубопроводов и рампового редуктора. Каждый коллектор имеет по запорному вентилю, которые позволяют заменять баллоны на одном из коллекторов, не нарушая работы другого. Давление газа понижают рамповым редуктором: кислорода, азота и воздуха от 1,5 до 0,03 - 0,15 МПа, а ацетилена, пропан-бутана и других горючих газов - от 1,9 до 0,01 МПа.

Кислород и горючие газы от газораспределительных рамп к рабочим местам подаются по трубопроводам.

Ацетиленопроводы в зависимости от рабочего давления делятся на три группы [11, с. 78]:

- низкого давления - до 0,01 МПа включительно;

- среднего - от 0,01 до 0,15 МПа;

- высокого - свыше 0,15 МПа.

Кислородопроводы в зависимости от рабочего давления также делятся на три группы:

- низкого давления - до 1,6 МПа включительно;

- среднего - от 1,6 до 6,4 МПа;

- высокого - свыше 6,4 МПа.

Трубопроводы и арматура для ацетилена - стальные, их окрашивают в белый цвет. Арматуру для кислородопроводов высокого давления изготовляют из сплавов меди (латуни, бронзы) и окрашивают в голубой цвет.

Рукава служат для подвода газа к горелке и резаку от баллонов и рамп. Они должны обладать достаточной прочностью, гибкостью и не стеснять движений сварщика. Их изготовляют из вулканизированной резины с тканевыми прокладками по ГОСТ 9356-75 следующих классов:

I - для подачи ацетилена и других горючих газов под давлением до 0,63 МПа (красного цвета);

II - для подачи жидкого топлива (бензин и др.) под давлением до 0,63 МПа (желтого цвета);

III - для подачи кислорода под давлением до 2,0 МПа (синего цвета).

Устройство, служащее для смешивания горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом и получения сварочного пламени, называется сварочной горелкой. Горелка позволяет регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени [11, с. 79].

Сварочные горелки, согласно ГОСТ 1077-79, классифицируются:

· по способу подачи горючего газа и кислорода в смесительную камеру - на инжекторные и безынжекторные;

· по роду применяемого горючего - на газовые и жидкостные (распыляется керосин);

· по назначению - на универсальные и специализированные;

· по числу струй пламени - на однопламенные и многопламенные;

· по мощности - малой (расход ацетилена 25-400 дм³/ч), средней (400-2800 дм³/ч) и большой мощности (2800-7000 дм³/ч);

· по способу применения - на. ручные и машинные.

Наибольшее применение имеют инжекторные горелки (рис. 4.3, а). Инжектор представляет собой цилиндрическую деталь с центральным каналом малого диаметра - для кислорода и радиально расположенными каналами - для ацетилена. Горючий газ подсасывается в смесительную камеру струей кислорода. Кислород подается в горелку с большим давлением, чем горючий газ. Этот процесс подсоса называется инжекцией.

Рис. 4.3. Схема ацетиленовых горелок:

а - инжекторной; б - безынжекторной

Кислород под давлением поступает в горелку и через присоединительный штуцер 5 и регулировочный вентиль 6 подается к инжектору 7. Выходя с большой скоростью из узкого канала инжекторного конуса, кислород создает разрежение в камере 8 и засасывает горючий газ, поступающий через ацетиленовые каналы горелки в камеру смесителя 8, где и образуется горючая смесь. Затем горючая смесь поступает по наконечнику 2 к мундштуку 2, на выходе из которого при сгорании образуется сварочное пламя. Наконечник соединен со стволом горелки 4 накидной гайкой 3.

Горелки этого типа имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий инжектора и мундштука, что позволяет регулировать мощность ацетиленокислородного пламени.

В безинжекторных горелках (рис. 4.3, б) горючий газ и кислород подают примерно под одинаковым давлением до 100 кПа. В них отсутствует инжектор, который заменен простым смесительным соплом, ввертываемым в трубку наконечника горелки.

Горелки одноплеменные универсальные для ацетиленокислородной сварки изготовляют четырех типов:

Г1 - горелка микромощности, безынжекторная;

Г2 - малой мощности, инжекторная;

ГЗ - средней мощности, инжекторная;

Г4 - большой мощности, инжекторная.

Каждый тип горелки обеспечивается набором наконечников. В сварочной практике чаще всего используются горелки малой и средней мощности, например типов Г2-02 и ГЗ-02.

5. Требования, предъявляемые к качеству газовой сварки и методы контроля

Для обеспечения работы изделия стыковые швы должны иметь небольшое усиление высотой 1-2 мм. Излишнее усиление шва (более 3 - 4 мм) в изделии, работающем на динамическую нагрузку, приводит к концентрации напряжений и снижению работоспособности сварного соединения. Особенно опасна концентрация напряжения для легированных сталей при работе конструкций при отрицательной температуре.

Крупная чешуйчатость шва, неравномерная ширина его и наличие наплывов наблюдаются при сварке на монтаже в неудобных условиях работы.

Подрезы представляют очень серьезную опасность, так как являются концентраторами напряжений в самом слабом месте сварного соединения, где часто бывает перегретый металл. Кроме того, подрезы уменьшают рабочее сечение шва. В ответственных конструкциях даже незначительные подрезы недопустимы. Подрезы исправляются наплавкой тонкого шва.

Непровары в корне сварного соединения и между слоями многослойного шва являются концентраторами напряжений, уменьшают сплошность металла сварного соединения и работоспособность конструкций. К этому особенно чувствительны легированное стали.

Наружная и внутренняя пористость шва образует местную концентрацию напряжений, уменьшает физическую сплошность металла и может привести к преждевременному разрушению конструкции под нагрузкой. Причиной образования пор являются газы, которые образуются в процессе плавления и остывания металла шва и не успевают выйти в шлак [7, с. 187-188].

Неметаллические (шлаковые) включения снижают ударную вязкость и прочность сварного соединения. Они получаются в результате плохой зачистки кромок от окалины и ржавчины и предыдущих слоев при многослойной сварке. Наименьшее количество неметаллических включений имеет место при сварке в защитных газах. Небольшие округлые включения не опасны. При сварке вольфрамовым электродом могут образоваться вольфрамовые включения. Этот дефект по степени опасности соответствует шлаковым включениям.

Трещины (продольные и поперечные, по шву и околошовные) создают несплошность материала для силового потока и вследствие этого местную концентрацию напряжений с резким падением динамической и вибрационной прочности конструкции. В зависимости от состава и свойств сварных швов и основного металла образовавшаяся в зоне сварки трещина может распространиться на значительную длину. Трещины считают самым опасным дефектом сварки.

Влияние дефекта на работоспособность сварного соединения следует рассматривать с точки зрения формы, длины и расположения его по отношению к направлению действующей силы. Более опасными являются дефекты вытянутой формы (трещины, непровары), менее опасными-дефекты округлой формы (одиночные газовые поры, шлаковые включения). Дефекты, направленные параллельно силовому потоку, менее опасны для конструкций, работающих на статическую нагрузку. Непровар величиной в 25% от толщины металла при понижении температуры до - 45°С вызывает уменьшение временного сопротивления на растяжение сварного соединения в 2 раза, пластичности - более чем в 2-4 раза. Особенно сильно уменьшается прочность сварных соединений под влиянием физической несплошности. Например, непровар стыкового шва из низкоуглеродистой стали допускается только до 5% от толщины металла, а при сварке легированных сталей - еще меньше. Одиночные поры в количестве не более 5- 6 на 1 см² сечения шва допустимы в сварных соединениях из низкоуглеродистой стали.

Все виды контроля качества сварки можно разделить на две основные группы [7, с. 188]:

1) неразрушающие виды контроля;

2) разрушающие виды контроля.

Неразрушающие виды контроля предназначены для выявления как наружных, так и внутренних дефектов. Обычно наружные дефекты выявляются внешним осмотром с использованием мерительного инструмента, а внутренние определяются физическими методами исследования - просвечиванием рентгеновским и гамма-излучением, ультразвуком, магнитным методом и др. Неразрушающий контроль заключается в том, что сварной образец или изделие подвергается действию соответствующих физических импульсов. Дефект обнаруживается по искаженному ответному импульсу от проверяемого шва.

Некоторые из физических видов контроля качества металла обладают хорошей, а другие слабой чувствительностью по отношению к дефектам сварки.

С целью выявления наружных дефектов наиболее часто применяют следующие виды контроля [7, с. 188]:

- испытание с помощью проникающих жидкостей;

- магнитные испытания;

- испытания ультразвуком (редко).

Для выявления внутренних дефектов применяют следующие неразрушающие виды контроля:

- радиационные виды контроля (рентгеновским и гамма-излучением);

- ультразвуковой вид контроля;

- контроль магнитным порошком или магнитной лентой;

- проницаемостью газом или жидкостью.

Разрушающие виды контроля предназначены для определения характера, места расположения и размеров дефектов и их влияния на работоспособность сварных соединений. Разрушающий контроль осуществляется сверлением, технологической пробой, механическими испытаниями на растяжение, изгиб, срез, удар, твердость; металлографическим исследованием макро- и микроструктуры сварных соединений, иногда гидравлическим или пневматическим испытанием сварных изделий с разрушением их.

Внешним осмотром выявляются несоответствие геометрических размеров швов проектным (размеры швов определяются специальными шаблонами); подрезы; непровар в корне соединения (ориентировочно); поверхностные трещины (продольные или поперечные); наружные газовые поры и раковины; крупная чешуйчатость и неравномерность шва; незаплавленные кратеры; коробление изделия или отдельных его элементов.

Контролю внешним осмотром подвергаются все сварные конструкции независимо от их назначения и ответственности. Внешний осмотр сварных деталей эффективен только тогда, когда он производится квалифицированным и опытным контролером.

Надежным и широко применяемым в настоящее время является радиационный контроль просвечиванием сварных соединений рентгеновским и гамма-излучением.

Выявление дефектов металла обеспечивается способностью рентгеновского излучения проникать через твердые материалы, в том числе и, металлы. При прохождении через металл рентгеновское излучение понижает свою интенсивность вследствие поглощения его атомной решеткой металла. Лучи ослабляются тем сильнее, чем больше атомов встречают они на своем пути. Поэтому степень ослабления рентгеновского излучения зависит от физических и химических свойств материала, его количества и массы. Неодинаковая интенсивность лучей, прошедших через просвечиваемый объект, фиксируется с противоположной стороны исследуемого участка на фотопленке. Излучение оказывает на вещество пленки химическое воздействие, которое выражается в почернении фотопленки. Дефекты выявляются в виде черных пятен на светлом фоне хорошего шва.

6. Испытания, проводимые при приемке изделий, изготовленных путем газовой сварки

Гидравлическому испытанию подвергаются различные сосуды, котлы и трубопроводы, работающие под давлением. Гидравлическим испытанием контролируется не только плотность сварных соединений, но также относительная прочность всей сварной конструкции. При гидравлическом испытании сосуд наполняется водой; для выхода воздуха в верхней части одно отверстие оставляют открытым. Это отверстие закрывается лишь после наполнения водой всего сосуда. Затем в сосуде гидравлическим прессом создается давление, равное рабочему давлению. Если дефектов не обнаруживается, давление увеличивается до Р_исп = 1,25 Р_раб для сосудов и Р_исп=1,5 Р_раб для трубопроводов. Под этим давлением сосуд или трубопровод выдерживают 5 мин, затем давление снижают до Р_раб и обстукивают соединения молотком со сферической головкой на расстоянии 15-20 мм от кромки шва. После этого швы осматривают. При испытании на морозе вместо воды применяют антифриз.

Пневматическое испытание проводят с целью контроля плотности сварных соединений. Для этого в замкнутый сосуд нагнетают воздух до рабочего давления. Снаружи все швы смачиваются мыльным раствором. Сжатый воздух в местах неплотностей образует мыльные пузыри. В зависимости от количества и интенсивности выделения мыльных пузырей можно судить о характере и величине дефекта. Пневматический вид контроля сварных соединений получил широкое применение при испытании сосудов малой емкости, как наиболее удобный и доступный в заводских условиях с массовым производством. В этом случае испытуемый сосуд погружается в ванну с водой и неплотности определяются выделением пузырьков воздуха. Для сосудов большого объема применять испытание сжатым воздухом следует очень осторожно, так как при наличии дефектов в швах может произойти разрыв всего сосуда.

Этот вид испытания сварных соединений, предложенный С.Т. Назаровым, применим для испытания на плотность замкнутых сварных сосудов. В испытуемый сосуд подается под давлением до 2 ат смесь воздуха с аммиаком (1%). С внешней стороны сосуда на сварные соединения плотно укладывается (приклеивается) бумага (или марлевый бинт), пропитанная 5%-ным водным раствором азотнокислой ртути. Если в сварном соединении имеются неплотности, то аммиак, обладая высокой проницаемостью, пройдет через них и в этих местах бумага потемнеет. В зависимости от скорости появления на бумаге пятен, их формы и размеров можно судить о характере и размерах дефекта. Обычно время проникания аммиака через неплотности сварного соединения составляет от 10 до 30 мин. Этот вид испытания сварных соединений получил на производстве сравнительно малое применение.

Керосин обладает способностью проникать через малые неплотности: трещины, поры и сквозные непровары металла. Для контроля швы со стороны раскрытия окрашивают мелом, разведенным на воде с добавлением клея, а со стороны корня соединения смачивают керосином. Керосин, проходя через неплотности, образует на высохшей меловой краске темные пятна, по которым можно судить о характере неплотности и месте ее расположения. Если в течение 30-60 мин такие пятна не появятся, то швы считаются удовлетворительными. Скорость прохождения керосина через металл будет определяться толщиной сварного соединения и характером расположения дефектов в металле. Для ответственных изделий время выдержки под керосином устанавливают до 12 ч при температуре окружающего воздуха выше 0° и до 24 ч при температуре ниже 0° [6, с. 194].

Металлографическое исследование сварных соединений позволяет на образцах, вырезанных из шва, установить структуру металла и качество сварного соединения, выявить наличие и характер дефектов. Исследование производится на ограниченном количестве образцов и применяется главным образом для лабораторно-исследовательских работ.

Металлографическое исследование сварных соединений производится для определения макро- и микроструктуры. Для исследования из сварного соединения вырезается образец таких размеров, чтобы в него вошли сварной шов, зона термического влияния и основной металл, не подвергавшийся влиянию тепла. Обычно размер образца (темплета) не превышает 50 - 100 мм и зависит от толщины металла и режима сварки. Вырезка образцов из сварных соединений производится вдоль или поперек шва механическим способом без нагрева. Методика изготовления шлифов образцов сварных соединений общая для всех металлографических исследований; она заключается в шлифовке, полировке и травлении специальными реактивами поверхности исследуемого металла. Металлографическое исследование сварных соединений начинают с определения макроструктуры (увеличение до 20 раз); определяют форму сварного шва, характер проплавления, расположение слоев при многослойной сварке, характер и размеры зоны термического влияния слоев и шва в целом, наличие дефектов сварки - непровара, газовых и шлаковых включений и трещин. Микроструктура (увеличение 50 - 2000 раз) дает представление о размерах зерен, оксидных и сульфидных включениях, микропорах и трещинах.

Металлографическое исследование сварных соединений желательно дополнять химическим анализом и измерением твердости.

Механические испытания сварных соединений производят на образцах, вырезанных из сварных соединений изделия или специально сваренных для этих целей (ГОСТ 6996 - 66). Иногда проводят механические испытания отдельных узлов сварных конструкций, реже целых конструкций.

Механические испытания определяют прочность и надежность работы сварной конструкции. Они разделяются на статические и динамические. К статическим относятся испытания на растяжение (определение прочности) и на изгиб (определение пластичности). К динамическим относятся испытания на ударную вязкость (излом образца ударом) и на усталость (переменной цикличной нагрузкой) [6, с. 198].

Заключение

Таким образом, в результате проведенного исследования темы курсовой работы, можно сделать следующие выводы.

Газовая сварка - это сварка плавлением, при которой металл в зоне соединения нагревают до расплавления газовым пламенем. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки.

Как и любая технология, газовая сварка имеет как преимущества, так и недостатки.

Преимущества газовой сварки: простота; не требует сложного и дорогого оборудования; не требует источника электроэнергии; возможность в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.

Недостатки газовой сварки: меньшая скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке; концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке; благодаря сравнительно медленному нагреву металла пламенем и относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины свариваемого металла; стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода при газовой сварке выше стоимости электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие этого газовая сварка обходится дороже, чем электрическая.

Газовую сварку используют при:

- изготовлении и ремонте изделий из тонко-листовой стали (сварке сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, варке заплат и пр.);

- сварке трубопроводов малых и средних диаметров (до 100 мм) и фасонных частей к ним;

- ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы и силумина;

...