Технология газовой сварки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПРИРОДООХРАННОГО И КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы № 10

по сварке металлов

 

ТЕМА: «Изучение оборудовании и технологии газовой сварки и резки металлов»

 

Утверждено

на заседании кафедры М и ДК

Протокол №1 от 29.08.2011г.

 

Составил проф. Корохов В.Г.

 

Симферополь, НАПКС, 2011г.

Лабораторная работа №10.

«Изучение оборудования и технологии газовой сварки и резки металлов»

 

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомиться с особенностями устройства и назначения оборудования для газовой сварки и резки металла, с технологией этих операций.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

 

Газовая сварка металла является одним из существенных производственных процессов, применяемых в строительстве, при прокладке трубопроводов, и на большинстве промышленных предприятий различных отраслей народного хозяйства, для соединения тонкостенных конструкций из листовых материалов и трубопроводов при толщине стенки 3 мм и менее, а также находит большое применение на заводах, в ремонтном производстве, при монтажных и демонтажных работах. Газовую сварку используют для изготовления и ремонта деталей из стали, чугуна, латуней, бронз, алюминиевых и магниевых сплавов. Газокислородную резку - только для сталей. Газовая сварка и резка металла дороже электрической ввиду дороговизны применяемых газов.

Существенный недостаток газовой сварки и резки – взрывоопасность. Для предупреждения взрывов необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Газовая сварка и резка металла основаны на использовании теплоты, получаемой от сгорания горючего газа в смеси с кислородом. Однако между этими двумя операциями есть существенные различия, состоящие в том, что при сварке непрерывно используется пламя горючих газов, расплавляющее кромки заготовок и присадочный материал, а при резке металла это пламя используется для разогрева металла, а затем вместо реза подается кислородная струя, в которой сгорает металл. Конструктивно отличается и резак от газовой горелки.

В качестве горючих газов, совместно с кислородом для разных случаев сварки и резки применяют ацетилен, природный газ, пропан, пары керосина. Оборудование для газосварки и резки характеризуется сравнительной простотой.

 

ГАЗОВАЯ СВАРКА МЕТАЛЛА

Сущность процесса газовой сварки заключается в том, что свариваемый и присадочный металлы расплавляются в пламени, получаемом при сгорании горючего газа в смеси с кислородом, развивая температуру в два раза выше температуры плавления металла. Для сталей наиболее применим ацетилен с кислородом. По сравнению с электродуговой сваркой - газосварка - процесс малопроизводительный. Ее применяют, в основном, при изготовлении тонколистовых стальных изделий, конструкций из проката, труб при толщине металла менее 3 мм, при сварке цветных металлов и их сплавов, при исправлении дефектов в чугунных и бронзовых отливках, а также в ремонтных работах.

Технология газовой сварки.

Выбор горючего газа для сварки тех или иных металлов осуществляется, исходя из условия, что температура газового пламени должна быть примерно в два раза выше температуры плавления соединяемых металлов. При сгорании горючих газов в смеси с кислородом температура пламени значительно повышается по сравнению с температурой пламени при сгорании этих же газов в смеси с воздухом. Чаще всего в качестве горючего газа используют ацетилен - С2 Н2, т.к. сгорая в кислороде, он позволяет получить самую высокую температуру в пламени, до 3200°С, в котором можно сваривать и сталь, и чугун, и названные цветные металлы.

Предварительное смешивание одного из горючих газов с кислородом осуществляется в специальных горелках. Горючую смесь, выходящую из горелки, воспламеняет сварщик. Он зажигает смесь, перемещает вручную горелку вдоль соединяемых кромок заготовок и подает присадочную проволоку в зону сварки для образования шва.

Зажигается факел у горелки в следующей последовательности: сначала немного открывается кислородный вентиль для создания разрежения в ацетиленовых каналах, затем открывают ацетиленовый вентиль и поджигают смесь газов спичкой или искропроизводящим устройством. После этого регулируют поступление газа, чтобы получить пламя нужного состава без избытка одного из газов. После окончания работ гасят пламя в слёдующей последовательности: сначала перекрывают ацетиленовый вентиль, а затем - кислородный.

Присадочный металл должен быть примерно того же химического состава, что и метал свариваемых заготовок. Мощность горелки и номер ее наконечника выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, чтобы получить пламя нужной интенсивности. Обычно на наконечнике указывается толщина свариваемого металла, для которой он предназначен. Газовая сварка может выполняться вручную или быть механизированной.

Большое влияние на качество сварного шва оказывают строение и состав газосварочного пламени. По внешнему виду в пламени различают три зоны: 1 – короткая, ближайшая к горелке - ядро; 2 - следующая за ней, более длинная - средняя зона; 3 - концевая, самая длинная - факел.

В ядре пламени горения газа не происходит, а только вблизи поверхности ядра наблюдается частичное сгорание углерода. Раскаленные до температуры 800....1250°С частицы несгоревшего углерода создают яркое свечение оболочки ядра в виде конуса. Чем больше углерода в составе горючего газа, тем ярче обозначено ядро. При избытке горючего газа по сравнению с кислородом ядро расширяется, увеличивается по длине, а средняя часть пламени уменьшается.

В средней зоне происходит интенсивное сгорание продуктов разложения горючего газа, что сопровождается выделением большого количества теплоты. Температура средней зоны кислородно-ацителенового пламени может достигать....3200С, эта зона имеет более темный цвет. Средняя зона обладает расскислительно-восстановительной способностью и ее, с наиболее высокой температурой в первой трети (2...4 мм) от ядра, используют для нагрева металла при сварке. При этом конец ядра пламени должен находиться на расстоянии 1...2 мм от сварочной ванны.

В факеле догорают продукты разложения газа, температура в этой зоне пламени падает до 1200...2500°С. С увеличением содержания горючего газа в смеси факел пламени обогащается углеродом и становится коптящим, что можёт привести к науглероживанию свариваемого металла.

В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена в горючей смеси, сварочное пламя может быть нормальным, окислительным или науглероживающим.

Для нормального пламени характерно отношение ацетилена к кислороду от 1:1 до 1:1,3. В нем отчетливо выражены все три зоны - ядро, средняя зона и факел.

Окисленным называют пламя, в котором есть избыток кислорода.

В нем ядро имеет бледную окраску, меньшую длину и размытые очертания, Длина средней части и факела тоже короче. Такое пламя горит с шумом и его температура выше, чем нормального. Оно сильно окисляет металл сварочной ванны, способствует получению пористости и значительно снижает качество шва. Такое пламя рекомендуется применять при сварке латуней, при пайке высокотемпературными припоями.

Пламя с избытком ацетилена называют науглероживающими. Его ядро также имеет нерезкие очертания, на его конце виден зеленый венчик. Средняя зона этого пламени светлее и почти сливается с ядром. Факел имеет желтоватую окраску, иногда на конце копоть. Температура науглероживающего пламени ниже температуры нормального. Это пламя науглероживает металл, дёлая его хрупким. Его рекомендуется применять при сварке чугуна.

Для различной толщины свариваемого металла рекомендуется применять различную мощность сварочного пламени, которая характеризуется часовым расходом ацетилена в литрах.

В процессе сварки пламя не только расплавляет металл, но и защищает расплавленную ванну от вредного влияния кислорода и азота атмосферного воздуха. Поэтому при сварке необходимо, чтобы расплавленный основной металл и конец присадочного металла находились все время в восстановительной зоне пламени (в средней зоне).

Изменением угла наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла можно изменять интенсивность расплавления металла. Наиболее интенсивно металл расплавляется при перпендикулярном расположении мундштука к поверхности металла. При сварке же очень тонких и, особенно, легкоплавких металлов, мундштук следует располагать почти параллельно поверхности свариваемого металла. При сварке тонколистового металла и соединений с отбортовкой кромок, горелку следует передвигать прямолинейно, без поперечных колебаний. Если же свариваемый металл толстый - более 3 мм, то горелка должна совершать поперечные колебания наряду с прямолинейным перемещением, чтобы дольше воздействовать пламенем на металл.

Технология газокислородной сварки во многом определяется способом сварки, диаметром присадочного материала и мощностью газосварочного пламени.

Различают два основных способа сварки: левый и правый.

При левом способе сварки горелку направляют пламенем влево и перемещают влево от шва, прогревая еще не свариваемые кромки металла. Этот способ применяют при толщине металла менее 4...5 мм.

При правом способе горелку, также направленную влево, перемещают вправо, факел как бы тянут за собой. В этом случае факел оказывается направлен на шов, который остывает медленней, что способствует его большей пластичности. Применяется этот способ при сварке более толстого металла - более 5 мм.

Применение левого или правого способа в большей степени все-таки зависит от практических навыков сварщика. Газовую сварку можно выполнять в различных пространственных положениях: нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном.

Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от способа сварки и толщины свариваемого металла.

Мощность сварочной горелки определяется расходом ацетилена. Она зависит от свариваемого металла и его толщины:

 

где V_а - расход ацетилена, л/ч;

К - коэффициент пропорциональности (для левого способа сварки К – 100...130; для правого К=120…130);

б - толщина свариваемого металла, мм.

Зная расход ацетилена, по табл. 2 определяют номер и характеристику наконечника.

2.1.2. Используемыё газы.

Кислород. Основное назначение кислорода, используемого при газопламенной обработке, - это интенсифицировать горение газа с возможно большим тепловыделением Кислород применяют трех сортов:

Газообразный технический первого сорта чистотой 99,7%;

второго сорта чистотой 99,5%;

третьего сорта чистотой 99_,2%.

Примеси азота и аргона в техническом кислороде составляют 0,…0,8%. Кислород при нормальной температуре представляет собой газ без цвета и запаха. Кислород получают разделением воздуха методом глубокого охлаждения или получают электролизом - разложением воды при пропускании через нее электрического тока. Температура сжижения кислорода при нормальном атмосферном давлении - 182,9°С, в твердое состояние он переходит при - 218,4°С. Жидкий кислород транспортирует в специальных теплоизолированных сосудах - танках, газообразный - в стальных баллонах под давлением 15 МПа (150 атм.). Танки, баллоны и другое оборудование для кислорода окрашивается в голубой цвет. При соприкосновении с маслами кислород взрывается!

Ацетилен - горючий газ, представляющий собой химическое соединение углерода с водородом. Ацетилен получают из карбида кальция или из природного газа, нефти, угля. При температурах от -82,4°С до -83,6°С ацетилен превращается в жидкость, а при понижении температуры до -85°С переходит в твердое состояние, В жидком и твердом состоянии ацетилен очень взрывоопасен и взрывается от трения или удара. Ацетиленокислородная смесь очень взрывоопасна при наличии в ней 2,9...93% ацетилена (по объему). Взрывоопасная и ацетиленовоздушная смесь при содержании в ней ацетилена даже до 2,2%. Транспортируют ацетилен в стальных баллонах белого цвета под давлением 1,9 МПа. Чаще всего получают ацетилен из карбида кальция путем воздействия на него водой. Карбид кальция получают сплавлением извести и кокса в электрических печах при температуре 1900...2300°С. Карбид кальция транспортируют в стальных герметических закрытых барабанах.

Заменители ацетилена.

По состоянию в процессе хранения и транспортировки их разделяют на три группы:

Сжимаемые (сжатые) - переходящие в жидкое состояние при нормальном давлении и критической температуре не выше -40°С;

Сжимаемые (сжиженные) - критическая температура их выше -40°С;

Жидкие - находящиеся в нормальных условиях (0°С и давление 0,21 МПа) в жидком состоянии.

К сжимаемым относятся водород, природный, коксовый, городской (смесь природного с коксовым) и нефтяные газы. Характерные представители сжижаемых газов - пропан, бутан и их смеси.

В качестве жидких горючих при газопламенной обработке применяют бензин и керосин. Бензин применяется при резке под водой на глубинах до 100 м. Для работы на воздухе бензин применяют в смеси 1:1 с керосином. Этилированный бензин применять запрещается. Наиболее широко применяют Б-78 и Б-70. Керосин для газопламенной обработки применяют осветительный. Перед употреблением его желательно профильтровать через войлок и слой едкого натра для обезвоживания и удаления смолообразующих продуктов.

 

 

Таблица 1

Области применения горючих и жидкостей

 

Виды работ	ГАЗЫ
Ацети-лен	Водород	Коксо-вый	Природ-ный	Керосин	Пропан-бутан
Температура при сгорании с кислородом, °С
Сварка сталей низкоуглеродистых	*	*		*	*	*
легированных	*
меди	*		*
никеля	*
молибдена	*
латуни, бронзы	*			*	*	*
алюминия, магния	*	*	*	*	*	*
свинца, стекла	*			*	*	*
чугуна	*	*		*	*	*
Огневая правка очистка поверхности низкоуглеродистых и легированных сталей, пайка	*			*	*	*
разделительная резка листовой и профильной стали	*	*	*	*	*	*

 

 

Сварочные материалы.

Проволока, применяемая при газовой сварке, должна быть близка по химическому составу к свариваемому материалу. При сварке стальных деталей применяется проволока низкоуглеродистая и низколегированная по ГОСТ 2246-70: Св-08, СВ-08А, Св-08АА, Св-08ГА и Св-10Г2; для легированной и высоколегированной стали проволока: Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС, Св-10ГН, Св-48ХГС, Св-12ХНМФ, Св-10ХНВМФ и др. Диаметр проволоки от 0,3 мм до 12 мм. Для сварки чугуна применяются чугунные прутики, изготовленные по ТУ 2-043-1193-87: ПЧ-1, ПЧ-2, ПЧ-3 - для серого чугуна с перлитной, перлитоферритной и ферритной структурами; ПЧН-1 и ПЧН-2 - для сварки и пайки серого чугуна с перлитной и перлитоферритной структурами; ПЧВ - для сварки высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Диаметр прутков от 4 мм до 16 мм.

Для сварки меди и ее сплавов используют проволоку изготовленную по ГОСТ 16130-85: М1 - для неответственных медных изделий; М1р, М3р - для медных изделий общего назначения; МСр1 - для электротехнической меди; - для медноникелевых сплавов; Л63, ЛК62-05 - для латунных изделий; ЛОК59-1-03, Л060-1 - для латунных изделий, легированных оловом.

Припои серебряные для газовой пайки:

ПСр10; Тпл = 830°С - для нагреваемых изделий до температуры 800°С;

ПСр45; Тпл = 720°С - для ответственных медных и бронзовых деталей;

ПСр65; Тпл = 740°С - для ленточных пил.

Некоторые флюсы для пайки при температуре свыше 600 С. Их назначение - защита расплавленного металла от соединения с газами воздуха и для удаления образующихся окислов.

Тетраборнокислый натрий (бура) (флюс № 7) - для стали, бронзы, меди, твердых сплавов. Борная кислота (флюс ПВ200) - для нержавеющих и жаропрочных сталей, медных сплавов, для меди с нержавеющей сталью. Триэтаноламин (флюс № 54-А) для алюминиевых сплавов.

Для кислородно-флюсовой резки применяют флюсы на основе железного порошка, кварцевого песка, двуокиси натрия и алюминиевого порошка. С использованием этих флюсов осуществляют огневую резку высоколегированных хромоникелевых сталей, чугуна, бетона.

 

Ацетиленовые генераторы.

Ацетиленовые генераторы предназначены для получения ацетилена из карбида кальция. Их производительность может быть от 0,5 м³/ч до 320 м³/ч.

Генераторы состоят из следующих основных узлов: газообразователя, газосборника, предохранительных и защитных устройств. Все генераторы очень просты по устройству и работают автоматически. Их конструкцию усложняют предохранительные устройства, не допускающие взрывов вследствие вероятного повышения внутреннего давления свыше 0,15 МПа (1,5 атм.), а также попадания в генератор кислорода и пламени. По системе регулирования взаимодействия карбида кальция с водой различают генераторы трех типов:

КВ - «карбид в воду»;

ВК - «вода на карбид»;

ВВ |- «вытеснение воды».

В генераторах системы КВ карбид кальция из загрузочного бункера автоматически подается в нижнюю часть генератора - емкости, заполненные водой. В этих генераторах разложение карбида происходит наиболее полно.

В генераторах системы ВК карбид кальция загружают в одну или две реторы, в которые из резервуара по трубе подается вода, количество образующего газа регулирует количество подаваемой воды.

В генераторах системы ВВ карбид кальция контактирует с водой периодически.

По давлению вырабатываемого ацетилена генераторы длятся на три типа:

Низкого давления - до 0,01 МПа;

Среднего - от 0₃01 до 0,15 МПа;

Высокого - более 0,15 МПа,

Большинство передвижных генераторов низкого давления имеют комбинированную систему ВК-ВВ (КВ-ВВ).

2.1.5. Водяные затворы для предохранения от взрыва ацетиленовых генераторов. Они не допускают попадания искры внутрь генератора от газосварочной горелки или резака.

2.1.6. Баллоны предназначены для хранения и транспортирования кислорода, ацетилена и других газов. На верхней сферической части баллона выбирают их паспортные данные: тип баллона, заводской номер, марку завода-изготовителя, массу, емкость, рабочее и испытанное давление, дату следующего испытания, клеймо ОТК и клеймо инспекции Госгортехнадзора. Баллоны через каждые пять лет подвергают осмотру и испытанию. Ацетиленовые баллоны заполняют пористой массой - пемзой или активированным углем, что снижает взрывоопасность, давление в них до-1,6 МПа. Кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет, давление в них до 15 МПа, ацетиленовые - в белый, для горючих газов (природного, пропан-бутана) - в красный.

2.1.7. Редукторы предназначены для понижения давления газа, отбираемого из баллона, до рабочего давления, подаваемого в горелку или резак и автоматического поддержания заданного рабочего давления постоянным.

По видам газа редукторы бывают:

А - ацетиленовые (белого цвета),

К - кислородные (голубые),

М - метановые (красные).

По схеме регулирования они бывают одноступенчатые и двухступенчатые.

Пределы регулирования давления кислородных редукторов - от 0,01 МПа до 0,25 МПа; ацетиленовых - от 0,01 МПа до 0,15 МПа; пропан-бутановых - от 0,005 МПа до 0,3 МПа.

2.1.8. Рукава (шланга) предназначены для подвода газа к горелкам или резакам. Рукава изготовлены из вулканизированной резины с одной или двумя тканевыми прокладками. Рукава рассчитаны для работы при температуре воздуха от + 50°С до -30°С. Для работы при более низких температурах применяются специальные шланги из морозостойкой резины, выдерживающей температуру до -65°С.

В зависимости от назначения и условий работы шланги выпускаются трех типов:

1 - для подачи ацетилена, городского газа и других горючих газов при рабочем давлении не более 0,6 МПа;

11 - для подачи жидких горючих - керосина и бензина при рабочем давлении не более 0,6 МПа;

111 - для подачи кислорода при рабочем давлении не более 1,5 Мпа.

Испытанное давление у шлангов первого и второго типов - 0,75 МПа, а для третьего типа - 1,875 МПа; запас прочности должен быть не менее, чем четырехкратный.

Шланги выпускаются с внутренним диаметром 6 мм, 9, 12 и 16 мм.

Длина шлангов для газосварочных постов должна быть 8...20 м и, в крайнем случае, до 50 м, т.к. при длине 20 м возрастают потери давления в шлангах. При эксплуатации поверхность шлангов должна предохраняться от проколов и повреждений. Крепят шланги к горелкам с помощью хомутиков и винтов.

2.1.9. Газопламенные горелки для сварки и пайки представляют собой устройства с регулируемой подачей горючего газа и окислителя для смещения горючего газа или паров жидкостей с кислородом или воздухом и получения устойчивого высокотемпературного пламени. По способу подачи горючего газа в смесительную камеру газопламенные горелки бывают инжекторные, или низкого давления и безинжекторные, или одинакового давления горючего газа и кислорода. В промышленности применяют преимущественно горелки инжекторного типа.

В инжекгорной горелке горючий газ подается в смесительную камеру путем подсоса его струей кислорода, вытекающего с большой скоростью из сопла инжектора. Подача газа в смесительную камеру регулируется вентилями. В зависимости от толщины металла и способа сварки для каждого номера мундштука задаются определенные расходы кислорода и горючего газа. В безинжекторных горелках горючий газ и кислород подаются примерно под одинаковым давлением и в течение всего времени работы, независимо от условий эксплуатации, сохраняется постоянный состав смеси.

Наиболее распространенные горелки типа «Москва» и ГС-3, предназначенные для сварки металла толщиной 0,5..30 мм. Кроме того, для сварки металла толщиной 0,2....4 мм применяют сварочные горелки малой мощности типов ГС-2, «Малютка», «Звездочка».

 

Таблица 2

Технические характеристики газосварочных горелок

Тип	№ наконечника	Толщина свариваемой низкоуглеродистой стали, мм	Расход газов, л/ч	Рабочее давление кислорода, МПа	Область применения
Ацетилен	Кислород
		0,5 - 1,5	50 - 136	55 - 135	0,1 - 0,4	Сварка
М		1,0 - 3,0	120 - 240	120 - 240	0,15 - 0,4	Пайка стали
О		2,5 - 4,0	230 - 400	260 - 440	0,2 - 0,4	Цветных металлов, чугуна
С		4,0 - 7,0	400 - 700	430 - 750
К		7,0 - 11,0	670 - 1100
В		10,0 - 18,0	1050 - 1700	1150 - 1950
А		17,0 - 30,0	1700 - 2800	1900 - 3160
ГС-3		0,5 - 1,5	50 - 125	55 - 135	0,1 - 0,4	Сварка, пайка
	1,0 - 2,5	120 - 240	130 - 260	0,15 – 0,4	Стали, цветных металлов
	2,5 - 4,0	230 - 400	260 - 440	0,2 - 0,4
	4,0 - 7,0	400 - 700	430 - 750	Чугуна
	7,0 - 11,0	660 - 1100	740 - 1200
	10,0 - 18,0	1050 - 1750	1150 - 1950
	17,0 - 30,0	1700 - 2800	1900 - 3100
ГС-2		0,3 - 0,6	25 - 6	28 - 70	0,08 - 0,4	Сварка
	0,5 - 1,5	50 - 125	55 - 135	0,1 - 0,4	Пайка стали
	1,0 - 2,5	120 - 240	130 - 260	0,15 - 0,4	Цветных металлов
	2,5 - 4,0	230 - 400	260 - 440	0,2 - 0,4	Чугуна
ЗВЕ		0,2 - 0,7	20 - 65	22 - 70	0,05 - 0,4	Сварка
ЗДО		0,5 - 1,5	50 - 125	55 - 135		Пайка
ЧКА		1,0 - 2,5	120 - 240	130 - 260		Стали
	2,5 - 4,0	230 - 400	250 - 440	0,2 - 0,4	Цв. метал., чугуна

 

Горелки поставляются снабженные сменными наконечниками.

 

ГАЗОПРЕССОВАЯ СВАРКА.

Это высокопроизводительный способ соединения металлов. При газопрессовой сварке торцы свариваемых изделий разогревают газовый пламенем до пластического состояния или до оплавления, а затем сдавливают. Этот вид сварки применяется преимущественно для соединения встык труб, стержней, рельсов.