«Изучение технологии газовой сварки»

Цель работы: ознакомиться с оборудованием для газовой сварки; изучить влияние режима на результаты газовой сварки.

Сведения из теории.

Газовая сварка – это сварка плавлением, при которой источником тепла является высокотемпературное пламя, образующееся в результате сгорания горючего газа в смеси с техническим кислородом.

Для производства работ по газовой сварке сварочные посты должны иметь следующее оборудование и инвентарь: ацетиленовый генератор или баллон с горючим газом; кислородный баллон; редукторы (кислородный и для горючего газа); сварочную горелку с набором сменных наконечников; шланги для подачи горючего газа и кислорода в горелку; комплект инструментов; очки с защитными стеклами, спецодежду для сварщика.

Рис. 1. Принципиальные схемы ацетиленовых генераторов: типов «карбид в воду» (а), «вода на карбид» (б), «сухое разложение» (в), «вытеснение» (г), «вода на карбид – вытеснение» (д).

Ацетиленовые генераторы предназначены для получения ацетилена при взаимодействии карбида кальция с водой. Согласно ГОСТ 5190-78* ацетиленовые генераторы подразделяются:

• по давлению вырабатываемого ацетилена – на два типа: генераторы низкого давления (до 0,01 МПа); генераторы среднего давления (0,15 МПа);

• по способу применения – на передвижные и стационарные;

• по способу взаимодействия карбида кальция с водой – на системы: КВ – «карбид в воду»; ВК – «вода на карбид»; К – «контактный».

Схемы систем ацетиленовых генераторов приведены на рис. 1.

Водяные предохранительные затворы. Обязательной принадлеж­ностью ацетиленовых генераторов являются водяные затворы, которые служат для предохранения аппарата от обратного удара, а также от проникновения кислорода из горелки и атмосферного воздуха. Обратным ударом называют воспламенение ацетилено-кислородной смеси в каналах горелки с рас­пространением пламени внутри ацетиленового шланга в направле­нии, противоположном нормальному движению ацетилена. В этом случае, если на своем пути пламя не встретит препятствия, оно мо­жет проникнуть в газообразователь генератора и вызвать взрыв. Не менее опасным является проникновение в газообразователь кис­лорода и воздуха.

По максимальному давлению поступающего в них ацетилена ацетиленовые водяные предохранительные затворы разделяются на затворы низкого давления и среднего давления.

На рис. 2 а, б изображена схема действия водяного затвора открытого типа, применяемого в генераторах низкого давления. При нормальной работе (а) ацетилен поступает в затвор по трубке 4. На нижнем конце газоподводящей трубки имеются отверстия, над которыми расположен рассекатель 8. Газ проходит через слой воды в верхнюю часть корпуса затвора 1 и через ниппель 6 может поступать к горелке или резаку. Вода в затворе наливается до уров­ня контрольного крана 7.

Рис. 2. Схемы водяных предохранительных затворов, низкого давления: а – нормальная работа; б – обратный удар; 1 – корпус, 2 – предохранительная трубка, 3 – запорный вентиль, 4 – газоподводящая трубка, 5 – воронка, 6 – отборный ниппель, 7 – контрольный кран, 8 – рассекатель.

При обратном ударе (б) повышенным давлением газов вода вы­тесняется в предохранительную трубку 2 и открытую воронку 5. При уровне воды в затворе ниже конца предохранительной трубы продукты взрыва выбрасываются в атмосферу.

Ацетилен также может поставляться к сварочному посту в ацетиленовых баллонах вместимостью 40 л, в которых при максимальном давлении 1,9 МПа содержится 5,5 м³ ацетилена. Для безопасного хранения и транспортировки ацетилена баллон заполнен пористым активированным углем, пропитанный ацетоном, в котором растворяется ацетилен. Баллон окрашен в белый цвет.

Кислород к посту сварки подается от кислородного баллона, вместимостью 40 л, в котором при максимальном давлении 15,15 МПа содержится 6 м³ кислорода. Баллон окрашен в голубой цвет.

Сварочная горелка является основным инструментом газосварщика. Она предназначена для правильного смешивания горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом и получения устойчивого сварочного пламени требуемой мощности. Все существующие конструкции горелок можно классифицировать следующим образом: 1) по способу подачи газа в смесительную камеру – на инжекторные и безинжекторные; 2) по мощности пламени – микро мощности, малой мощности, средней мощности, большой мощности; 3) по назначению – на универсальные и специализированные.

Рис. 3. Ацетилено-кислородная инжекторная горелка.

Инжекторные горелки (рис. 3) работают на ацетилене низкого и среднего давления. По шлангу и трубке 6 к вентилю 5 и через него в инжектор 4 поступает кислород. Вытекая с большой скоростью из инжектора в смесительную камеру 3, струя кислорода создает разрежение, вызывает подсос ацетилена по трубке 7 при открытом вентиле 8. Полученная смесь по трубке наконечника 2 поступает в мундштук 1 и, выходя в атмосферу, при сгорании образует сварочное пламя.

Безынжекторными являются горелки, в которых оба газа – кислород и ацетилен – поступает под одинаковым давлением (0,05…0,1 МПа) и обеспечивают постоянный состав горючей смеси даже при очень сильном нагревании наконечника.

Рис. 4. Схема устройства и работы редуктора: а – в нерабочем состоянии; б – в рабочем состоянии; 1 - регулирующий винт, 2 – главная пружина, 3 – внутренняя часть корпуса редуктора, 4 – резиновая мембрана, 5 – камера низкого давления, 6 – клапан, 7 – штуцер, 8 – манометр высокого давления, 9 – манометр низкого давления, 10 – запорная пружина, 11 – предохранительный клапан, 12 – вентиль, 13 – штифт.

В комплект горелок входят ствол и сменные наконечники. Наконечники от №1 до №7 позволяют устанавливать соответствующую мощность пламени для сварки металла толщиной 0,5…30 мм.

Редукторы (рис. 4) служат для понижения давления газа, поступающего из баллона, до рабочего и поддержания этого давления постоянным в процессе сварки.

Редукторы для сжатых газов позволяют устанавливать рабочее давление для кислорода — от 0,1 до 1,5 МПа и для ацетилена — от 0,02 до 0,15 МПа.

На рис. 4 показана схема устройства и работы кислородного редуктора наиболее распространенного типа. Газ из баллона входит в камеру высокого давления редуктора через штуцер 7. При нерабочем положении клапан 6 запирается эбонитовым уплотните­лем, который прижимается к седлу клапана запорной пружиной 10. Внутренняя часть корпуса редуктора 3 разделена резиновой мембраной 4, которой ограничивается камера низкого давления 5 редуктора.

Чтобы открыть редуктор, т. е. пропустить газ из камеры высо­кого давления, пользуются регулирующим винтом 1. При ввин­чивании в корпус редуктора винт 1 нажимают через главную пру­жину 2 и мембрану на штифт 13, которым и открывается клапан 6. Как только давление газа в рабочей камере преодолеет усилие глав­ной пружины 2, штифт 13 переместится вниз и запорная пружина 10 вновь закроет клапан 6. При отборе газа из редуктора через вентиль 12 давление в рабочей камере снизится, штифт 13 под действием главной пружины 2 преодолеет сопротивление запорной пружины 10 и, переместившись вверх, откроет клапан 6. Таким устройством обеспечивается саморегулирующее действие редуктора в течение всего времени работы.

Изменение величины давления газа в рабочей камере регули­руется винтом 1. Редукторы снабжаются манометрами высокого 8 и низкого 9 давлений, а также предохранительным клапаном 11. Кислородный редуктор имеет накидную гайку для присоединения к баллону.

Шланги служат для подвода к резаку (горелке) газообразного или жидкого горючего. Изготовляются они из вулканизированной резины с одним или несколькими слоями прокладок из хлопчато­бумажной ткани. Шланги для кислорода рассчитаны на рабочее давление до 1 МПа, для горючих газов – до 0,3 МПа.

Для сварки применяются шланги с внутренним диамет­ром 9,5 мм и наружным – 17,5…22 мм. Длина шлангов должна быть не менее 5 м.

При использовании в качестве горючего керосина или бензина применяют шланги из специальной бензостойкой резины.

Закрепление шлангов на ниппелях горелки, резака, редуктора или газогенератора производится при помощи металлических хому­тиков.

Ацетилено-кислородное пламя обладает наиболее высокой температурой по сравнению с пламенем любого другого газа. Поэтому оно нашло самое широкое распространение. Структура ацетилено-кислородного пламени схематично представлена на рис. 5. В пламени можно различать три зоны: ядро, среднюю восстановительную зону и факел-окислительную зону.

Рис. 5. Схема строения нормального ацетилено-кислородного пламени и график распределения температуры по его длине.

Рис. 6. Наклон горелки при сварке металла различной толщины.

Ядро представляет собой механическую смесь сильно нагретого кислорода и диссоциированного (разложенного) ацетилена. Ядро выделяется резкими очертаниями и ярким свечением. Горение начинается на внешней оболочке ядра и продолжается во второй зоне по реакции, углерод сгорает не полностью. Водород в этой зоне не окисляется. Полностью сгорает углерод и горит водород в третьей зоне пламени за счет кислорода воздуха.

Для полного сгорания одного объёма ацетилена требуется 2,5 объёма кислорода; один объём поступает из кислородного баллона и 1,5 – из воздуха.

Распределение температуры по оси ацетилено-кислородного пламени показано на рис. 5. Максимальная температура пламени, достигающая 3000 градусов, находится на расстоянии 2…6 мм от конца ядра.

Для сварки различных металлов требуется определённый вид сварочного пламени в зависимости от объёмного соотношения подаваемых в горелку газов – нормальное, окислительное, науглероживающее. Газосварщик регулирует и устанавливает вид сварочного пламени на глаз. Для сварки низкоуглеродистой стали применяют нормальное пламя, при сварке чугунов – науглероживающее, при сварке алюминия – нормальное или с небольшим избытком ацетилена.

При ручной сварке сварщик держит в правой руке сварочную горелку, а в левой – присадочную проволоку. Пламя горелки сварщик направляет на свариваемый металл так, чтобы свариваемые кромки находились в восстановительной зоне на расстоянии 2…6 мм от конца ядра, конец присадочной проволоки должен находиться в восстановительной зоне или в сварочной ванне.

Скорость нагрева регулируется изменением угла наклона () мунштука к поверхности свариваемого материала (рис. 6). Величина угла выбирается в зависимости от толщины и рода свариваемого материала. Чем толще металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого материала.

Рис. 7. Схемы способов газовой сварки: а – левый, б – правый.

Способы газовой сварки. Ручная газовая сварка может выполнять­ся левым или правым способом.

Левый способ (рис. 7, а) заключается в том, что горелку переме­щают справа налево, а присадочную проволоку размещают впереди горелки. Пламя сварочной горелки направлено от шва на несварен­ные кромки металла и не препятствует наблюдению сварщика за формой и размерами шва; однако при этом способе снижается эф­фективность использования тепла пламени. Способ применяется для сварки металла толщиной до 5 мм.

При правом способе (рис. 7, б) горелку перемещают слева на­право, а присадочная проволока движется вслед за горелкой. Пламя сварочной горелки направлено на шов, что обеспечивает лучшую защиту шва от окружающего воздуха и его замедленное охлаждение. При этом способе сварки улучшается эффективность использования тепла пламени, но несколько затрудняется наблюдение сварщика за формообразованием шва. Правый способ применяется для сварки металла толщиной бо­лее 5 мм.

Диаметр присадочной проволоки при сварке металла толщиной до 15 мм левым способом определяют по формуле d=s/2+1, где s – толщина свариваемой стали, мм. При правом способе диаметр проволоки берут равным половине толщины свариваемого металла. При сварке металла толщиной более 15 мм применяют проволоку диаметром 6…8 мм.

Для получения сварочного шва с высокими механическими свойствами необходимо хорошо подготовить свариваемые кромки, правильно подобрать мощность горелки, отрегулировать сварочное пламя, выбрать присадочный материал, установить положение горелки и направление перемещения её по свариваемому шву.

Подготовка кромок заключается в очистки их от масла, окалины и других загрязнений, разделке под сварку и прихватку короткими швами.

Стыковые соединения являются для газовой сварки наиболее распространённым видом соединений. Металлы толщиной до 2 мм сваривают встык с отбортовкой кромок без присадочного материала или встык без разделки кромок и без зазора, но с присадочным материалом. Металл толщиной 2…3 мм сваривают встык без разделки кромок, но с зазором между ними. При сварке металла толщиной более 5 мм применяют V- или X-образную разделку кромок.

Нахлёсточные и тавровые соединения допустимы только при сварке металла толщиной менее 3 мм, т.к. при больших толщинах металла неравномерный местный нагрев вызывает большие внутренние напряжения и деформации и даже трещины в шве и основном металле.

Швы накладывают одно – и многослойные. При толщине металла до 6…8 мм применяют однослойные швы, до10 мм – швы выполняют в два слоя, а при толщине металла более 10 мм – швы свариваются в три слоя и более. Перед наложением очередного слоя, поверхность предыдущего слоя должна быть хорошо очищена металлической щёткой. Сварку производят короткими участками. При многослойной сварке зона нагрева меньше, чем при однослойной.

Низкоуглеродистые стали сваривают газовой сваркой без особых затруднений. Сварка выполняется нормальным пламенем. Присадочным материалом служит сварочная проволока марок Св-08ГА, Св-10Г2, Св-08ГС, Св-08Г2С.

Среднеуглеродистые стали свариваются удовлетворительно, однако при сварке возможно образование в сварном шве и зоне термического влияния закалочных структур и трещин. Сварку выполняют слегка науглероживающим пламенем, так как даже при небольшом избытке в пламени кислорода происходит существенное выгорание углерода. Присадочным материалом служат марки сварочной проволоки, указанные для малоуглеродистой стали, и проволока марки Св – 12ГС.

После сварки можно рекомендовать проковку металла шва в горячем состоянии, а затем нормализацию с температурой 800 – 900 градусов С. при этом металл приобретает достаточную пластичность и мелкозернистую структуру.

Таблица 1. Возможные результаты газовой сварки.

Исходные данные	Возможные результаты
Толщина металла – 6 мм Номер наконечника – 4 Вид пламени – нормальный Способ сварки – правый Материал – сталь
Толщина металла – 2 мм Номер наконечника – 3 Вид пламени – нормальный Способ сварки – правый Материал – алюминий Сварка с применением флюса
Толщина металла – 2 мм Номер наконечника – 3 Вид пламени – нормальный Материал – алюминий Сварка без флюса
Толщина металла - 6 мм Номер наконечника – 6 Вид пламени – науглероживающий Способ сварки – правый Материал – сталь
Толщина металла – 0,6 мм Вид пламени – нормальный Способ сварки – левый Материал – сталь
Толщина металла – 7 мм Номер наконечника – 3 Вид пламени – нормальный Способ сварки – левый Материал – сталь

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5