Реферат
на тему
ГАЗОВЕ ЗВАРЮВАННЯ
Зміст
1.Загальні відомості
2.Кисень, його одержання, транспортування і зберігання
3.Властивості ацетилену і його одержання
4.Обладнання длягазового зварювання
5.Ацетиленово-кисневе полум'я і техніка газового зварювання
6.Газопресове зварювання
Використаналітература
1. Загальні відомості
При газовомузварюванні для нагрівання присадного металу і кромок основного металу дорозплавленого стану використовується тепло газового полум'я, що одержується відзгоряння різних горючих газів в суміші з киснем.
Як горючий газ найбільше застосування має ацетилен, який призгорянні в кисні дає температуру полум'я достатню для зварювання сталей ібільшості інших відомих металів та їх сплавів.
Для зварювання металів (свинцю, алюмінію і інших),температура плавлення яких нижче температури плавлення сталі, використовують іінші горючі гази, наприклад водень, природний газ і деякі інші, що мають більшнизьку температуру плавлення.
Найбільш частогазове зварювання застосовують при виготовленні листових і трубчастихконструкцій з маловуглецевих і низьколегованих сталей товщиною до 3—5 мм, привиправленні дефектів у виливках із сірого чавуну і бронзи, а також длязварювання кольорових металів та їх сплавів.
2. Кисень, його одержання, транспортування ізберігання
Кисень у промислових масштабах одержують переважно з повітря.В повітрі є близько 21% кисню, 78% азоту, 0,93% аргону, 0,03% вуглекислого газуі 0,0019% благородних газів.
Одержання кисню з повітря базується на принципі зрідженняповітря при температурі мінус 194,5°С і нормальному тиску і наступноїректифікації, тобто розділенні рідкого повітря на азот і кисень. Процесректифікації рідкого повітря оснований на різниці температур кипіння рідкогоазоту (—196°С) і рідкого кисню (—183°С). Одержаний таким способом вректифікаційному апараті рідкий кисень у теплообміннику перетворюється вгазоподібний і потім надходить у газгольдер. Звідси кисневим компресором йогонагнітають у кисневі балони до тиску 15 Мн/м2 (150 ат).
/>
Рис. 1 Кисневий балон:
а – розріз; б – зовнішній вигляд
Транспортують і зберігають газоподібний кисень звичайно вкисневих балонах. Найбільш поширені балони місткістю 40 л. В такому балоні при тиску 150 Мн/м2 (150 ат) вміщується 6000 л кисню.
Кисневий балон (рис. 1) являє собою циліндричну посудину,виготовлену із сталевих суцільнотягнутих труб. У верхній його частині єгорловина 4 з внутрішньою конічною різьбою, куди вкручується запірний латуннийвентиль 2. На горловину насаджують кільце 3 для нагвинчування запобіжногоковпака 1.На випуклому днищі 5 насаджений башмак 6, що надає стійкості балону.Фарбують кисневі балони в-голубий або синій колір.
/>
Рис.2. Схема кисневого редуктора: а — неробоче положення; б — робоче положення
Кисневі редуктори (рис. 2) призначені для зниженнявисокого тиску кисня, що знаходиться в балоні, до робочого 0,2—0,4 Мн/м2 (2—4ат) при зварюванні і до 1,2—1,4 Мн/м2, (12—14 ат) при різанні і дляпідтримання його постійної величини незалежно від витрати кисню з балона ізниження в ньому тиску.
Принцип роботиредуктора такий. Після приєднання редуктора до балона і відкриття на балонівентиля кисень з балона через штуцер 7 підходить до клапана 6, який упочатковий момент притиснутий до сідла клапана пружиною 8. Для того щобвідкрити клапан і пропустити кисень в камеру низького тиску 5, користуютьсярегулюючим гвинтом 1. Загвинчуючи регулюючий гвинт у корпус 3, натискують черезголовну пружину 2 і мембрану 4 на штифт 11, який і відкриває клапан 6. Яктільки тиск кисню в камері низького тиску подолає зусилля головної пружини 2, мембраназнову переміститься в початкове положення і пружина 8 знову закриє клапан 6. Привідборі газу з редуктора через вентиль 10 тиск кисню в камері 5 знизиться і піддією головної пружини 2 клапан 6 знову відкриється. Таким пристроєм ізабезпечується саморегулююча дія редуктора. Кисневі редуктори постачаютьманометрами високого і низького тиску і запобіжним клапаном 9, який захищаємембрану 4 від розриву в разі підвищення тиску кисню в камері низького тискувище допустимого.
3. Властивостіацетилену і його одержання
Ацетилен С2Н2 являє собою хімічнусполуку вуглецю з воднем. Хімічно чистий ацетилен безбарвний і має слабкийефірний запах. Технічний ацетилен забруднений різними домішками — сірководнем,аміаком і іншими, які надають ацетилену різкого і неприємного запаху. При тискувище 0,2 Мнім2 (1,75 ат) і одночасному нагріванні понад 500° Свідбувається вибуховий розпад ацетилену за рівнянням
С2Н2 -> 2С + Н2.
При нагріванні ацетилену вище 150—180° С відбувається процесйого полімеризації, що полягає в утворенні нових сполук — бензолу С6Н6,стиролу С8Н8 і інших. Цей процес супроводиться виділеннямзначної кількості тепла, що також при недостатньому його відведенні можепризвести до вибуху ацетилену.
При наявності ацетилену в повітрі від 2,2 до 88% або в сумішіз киснем (ацетилену від 2,3 до 93%) утворюються вибухові суміші, які вибухаютьвід іскри чи полум'я. Ацетилен добре розчиняється в ацетоні. В одному об'єміацетону при тиску 0,1 Мн/м2 (1 ат) розчиняється 23 об'єми ацетилену.З підвищенням тиску розчинність ацетилену зростає пропорціонально тиску. Урозчиненому стані ацетилен не вибухає при тиску 1,6 Мн/м2 (16 ат), апри наявності пористої маси — і при більш високому тиску. Цією властивістюкористуються при заповненні ацетиленових балонів до тиску 1,6 Мнім2 (16ат). Ацетиленові балони попередньо заповнюють пористими матеріалами,просоченими ацетоном, деревним вугіллям, пемзою, інфузорною землею та ін.
Основним способом одержання ацетилену є розкладання карбідукальцію водою за рівнянням
СаС2 + 2Н20 = С2Н2+ Са(ОН)2.
При розкладанні 1 кг хімічно чистого карбіду кальціювиділяється близько 340 л ацетилену і 1675 кдж (400 ккал) тепла. З технічногокарбіду кальцію, залежно від його сорту і грануляцій, вихід ацетилену становитьвід 230 до 300 л/кг.
Карбід кальцію одержують в електродугових печах сплавленнямкоксу або антрациту з випаленим вапняком:
газовий зварювання кисеньацетилен
СаО + ЗС = СаС2 + СО.
Розплавлений карбід виливають з печі в чавунні виливниці іпісля остигання подрібнюють на куски розміром 2—120 мм. Транспортують карбідкальцію в герметично закритих барабанах вагою від 50 до 130 кг.
4. Обладнаннядля газового зварювання
Апарати, в яких одержують технічний ацетилен, називаютьсяацетиленовими генераторами. Залежно від принципу взаємодії карбіду кальцію зводою розрізняють такі системи генераторів: «карбід у воду», «вода на карбід»,а також контактного тиску «зануренням» і «витісненням».
У генераторах системи «карбід у воду» (рис. 3, а) карбідкальцію в резервуар з водою 1 подається із завантажувального бункера 2 задопомогою автоматичних пристроїв, які працюють залежно від витрачання івеличини тиску ацетилену. Генератори цієї системи мають найбільшу потужність.Вони забезпечують найповніший розпад карбіду кальцію і одержання чистого таохолодженого ацетилену. Такі генератори найменше вибухонебезпечні.
/>
а б в г
Рис.3. Схеми основних систем ацетиленових генераторів.
В генераторах системи «вода на карбід» (рис. 3, б) карбідомкальцію завантажують одну чи дві реторти 1, в які з окремого резервуара З трубкою2 подається вода. Ацетилен, що утворюється при розкладі карбіду кальцію, зреторти 1 трубою 6 надходить у нижню частину генератора, де він збирається підперегородкою 4.
Вода, що знаходиться тут, під тиском ацетилену витискуєтьсяциркуляційною трубою 5 у верхню частину корпуса генератора. Відводитьсяацетилен з генератора по трубі 7.
Генератори системи «вода на карбід» випускають невеликоїпродуктивності, низького тиску і в більшості випадків переносними.
Генератори контактної системи «зануренням» (рис. 3, в) абовитісненням (рис. 3, г) характеризуються тим, що в них карбід кальцію з водою,залежно від величини тиску, стикається періодично. В першому випадку (рис. 3, б) при збільшенні тиску вище граничного відбувається підйом газгольдера 2 івиймання карбіду кальцію з води. В другому випадку (рис. 3, г) при надмірному тиску ацетилену вода витискується в сполучену посудину, і розпад карбіду кальціютеж припиняється. При зниженні тиску відбуваються зворотні явища.
Генератори контактної системи витісненням інколи будують впоєднанні з генераторами системи «вода на карбід», і випускають як переноснігенератори невеликої продуктивності.
За величиноютиску ацетиленові генератори поділяють на три типи: низького — від 0,001 до0,01 Мн/м2 (0,01—0,1 ат), середнього — від 0,01 до 0,15 Мн/м2(0,1—1,5 ат) і високого — вище 0,15 Мн/м2 (вище 1,5 ат). Залежно відпродуктивності і роду установки генератори бувають стаціонарними і переносними.
При нагріванні мундштука зварювального пальника вище 500° С всередині наконечника пальника можливе спалахування ацетилену і утвореннязворотного удару полум'я.
Для захисту ацетиленових генераторів від вибуху нагенераторах, а в окремих випадках і на робочих місцях зварювальниківвстановлюють запобіжні затвори. Найбільш поширені водяні затвори, які залежновід величини тиску ацетилену в генераторах, бувають відкритого і закритоготипів.
/>
Рис. 4. Схема водяного затвора.
Затворивідкритого типу встановлюють на генераторах низького тиску, а затвори закритоготипу — на генераторах середнього і високого тиску.
На рис. 4, а, б показані схеми водяних затворів відкритоготипу.
При нормальній роботі (рис. 4, а) ацетилен надходить у водянийзатвор через трубку 1, що занурена у воду глибше відкритої трубки 2. Призворотному ударі полум'я (рис. 4, б) під тиском вибухової хвилі частина води іполум'я викидаються в атмосферу через запобіжну трубку 2. Шлях же полум'я догенератора лишається закритим рештою води у затворі і зануреним в неї кінцемтрубки 1. На рис. 4, в, г зображені схеми водяних затворів закритого типу. Принормальній роботі (рис. 4, в) газ вільно проходить через зворотний клапан 1,газорозподільник 2, краплевідбійник З і штуцер 4, При зворотному ударі (рис.4, г) тиск вибухової хвилі передається на воду і клапан закриває доступ полум'ячерез трубку 6 до генератора. В цей же момент відбувається розрив тонкоїалюмінієвої або олов'яної мембрани 5, і вибухова суміш викидається в атмосферу.
Основним інструментом газозварювальника є зварювальні пальники.Вони служать для змішування в потрібних пропорціях горючого газу і кисню зметою одержання потрібних властивостей зварювального полум'я.
За способомподачі горючого газу в камеру змішування розрізняють пальники інжекторні, абонизького тиску, і безінжекторні, або рівного тиску. В промисловостівикористовують переважно пальники інжекторного типу.
1 2 3 4 5 6 7
/>
Рис. 5 Схемазварювального пальника інжекторного типу
В цих пальниках (рис. 5) кисень під тиском 0,2—0,4 Мн / м- (2—4ат) подається через ніпель 7 і регулюючий вентиль в інжектор 4. Інжектор маєвузький центральний отвір — сопло і поздовжні прорізи по циліндричній поверхні.Виходячи з отвору сопла з великою швидкістю, кисень створює в камері змішуванняЗ сильне розрідження. Внаслідок цього розрідження ацетилен, що має більшнизький тиск, засмоктується через ніпель 8, регулювальний вентиль для ацетилену9, внутрішній канал рукоятки 5, поздовжні пази інжектора 4 в камеру змішування 3.Тут кисень і ацетилен утворюють горючу суміш, яка з камери змішування 3 трубкою2 надходить в мундштук 1. При виході з мундштука і запалюванні цієї сумішіутворюється зварювальне полум'я. Потрібне співвідношення газів у пальникурегулюється кисневим 6 і ацетиленовим 9 вентилями.
Пальники інжекторного типу мають сім змінних наконечників,які дають змогу провадити зварювання металу товщиною від 0,5 до 30 мм. Наконечник до рукоятки пальника приєднується за допомогою накидної гайки.
Крім односоплових зварювальних пальників в промисловостізастосовують багатосоплові пальники, призначені для поверхневого загартування,паяння та інших робіт.
5. Ацетиленово-кисневе полум'я і техніка газовогозварювання
Будова ацетиленово-кисневого полум'я. Залежно відспіввідношення кисню і ацетилену в суміші, яка надходить з пальника,розрізняють три основних види ацетиленово-кисневого полум'я: нормальне, абовідновне; з надлишком кисню, або окислювальне; з надлишком ацетилену, абонавуглецьовувальне.
/>
Рис. 6 Схема нормального ацетиленово-кисневого полум'я ірозподіл температур по довжині полум'я
В більшості випадків при газовому зварюванні застосовуютьнормальне полум'я, яке одержується при співвідношенні кисню і ацетилену як(1,1—1,2): 1.
Нормальне ацетиленово-кисневе полум'я складається з трьох зон(рис. 6). В першій зоні, яка називається ядром полум'я, проходить екзотермічнийрозпад ацетилену на його складові елементи:
2С2Н2 + 202 = 4С + 2Н2+ 202.
Розжарені частинки вуглецю надають цій зоні яскравогоосвітлення. Температура в ядрі полум'я досягає 1000°С.
В другій зоні, що називається зварювальною, відбуваєтьсянеповне згоряння вуглецю за реакцією
4С + 2Н2+ 202 = 4СО + 2Н2.
Завдяки відновному характеру другої зони внаслідокприсутності в ній окису вуглецю і водню, а також високої температури цієїчастини полум'я, яка досягає 3150° С, метал зварюють другою зоною.
Третя зона називається факелом. В ній за рахунок киснюповітря проходить згоряння окису вуглецю і водню за рівнянням
4СО 4- 2Н2 + 302 = 4С02 + 2Н20.
Температура третьої зони — приблизно 1200° С.
При співвідношенні кисню і ацетилену, більшому 1,2, полум'ямає зайвий кисень і стає окислювальним.
Якщо ж це співвідношення буде меншим 1, то полум'я матименадлишок ацетилену і стане навуглецьованим. Обидва ці види полум'я інколивикористовують при зварюванні.
Основними видами з'єднань при газовому зварюванні є стикові.Інші з'єднання (наприклад, внапусток, таврові) застосовуються рідко внаслідоквеликих деформацій, що утворюються в цьому випадку газозварювальним полум'ям.
Стикові з'єднання при товщині металу до 2 мм зварюють без зазору і без розробки кромок, а іноді з відбортовуванням кромок без присадногометалу. Листи товщиною від 2 до 5 мм зварюють без скосу кромок, але звідповідним зазором. При великих товщинах виконують одно-або двосторонній скіскромок. Кут скосу приймають рівним від(.0 до 90°).
При газовому зварюванні застосовують два способи переміщенняпальника: лівий і правий.
/>
Рис.7. Способи газового зварювання: а — лівий; б — правий
При лівому способі (рис. 17, а) полум'я пальника переміщуєтьсясправа наліво і напрямлене на холодний метал, а при правому (рис. 7,6) — зліванаправо і напрямлене на гарячий метал.
В першому випадку присадний дріт рухається попереду пальника,а в другому — позаду.
При товщині сталі до 3 мм більш продуктивним є лівий спосіб, а для великих товщин — правий.
Однак при виборі способу газового зварювання керуються не тількитовщиною зварюваного металу, а й положенням шва в просторі. Нижні шви залежновід товщини листів зварюють лівим або правим способом. Вертикальні швинезалежно від товщини з'єднуваних листів виконують тільки лівим способом, астельові — тільки правим способом.
Як присадний метал при газовому зварюванні сталівикористовують той же дріт, що й при дуговому зварюванні (ГОСТ 2246—60).
6. Газопресове зварювання
При газопресовому зварюванні торці або кромки зварюванихвиробів нагрівають полум'ям багатосошювих зварювальних пальників до пластичногостану або до оплавлення. Після нагрівання металу до необхідної температури дозварюваних виробів прикладають зусилля тиску
Зварювання в пластичному стані може виконуватись припостійному тиску чи при визначеній температурі. В першому випадку виріб У (рис.8, а) з ретельно підготовленими торцями зближують до дотику, а потім до нихприкладають постійної величини тиск порядку 15— 25 Мн/м2 (1,5—2,5 кГ/мм2).
/>
Рис.8. Схеми основних видів газопресового зварювання: а — в пластичному стані; б —оплавленням з бічним нагрівом; в — торцевим нагрівом
Нагрівають виріб з зовнішнього боку по всьому периметру стикуза допомогою контурних пальників 2 доти, поки величина осадки не досягнепотрібної межі. Після цього нагрівання припиняється і тиск знімається.Зварювання при заданій температурі в початковий момент часу виконуютьпри невеликому тиску —• 10 Мн/мм2 (1 кГ/мм2).
Після нагріваннявиробів до температури порядку 1150—1250°С тиск збільшують до 25—35 Мн/м2(2,5—3,5 кГ/мм2), при якому ізакінчують процес зварювання.
При зварюванні з оплавленням метал нагрівається до початкуплавлення. Полум'я пальників у цьому випадку напрямлене на кромки або торцізварюваних виробів. При зварюванні труб або стержнів невеликого діаметра длянагрівання використовують контурні пальники; полум'я їх направляють на кромкивиробів (рис. 8, б). При зварюванні великих суцільних перерізів, наприклад,валків, рейок, застосовують пальники з торцевим нагрівом (рис. 8, в). При такомунагріванні пальник 2 вводять в середину зазора і його полум'я направляютьперпендикулярно до торцевих поверхонь. Після досягнення необхідного нагріванняпальник забирають, а до нагрітих виробів прикладають зусилля осадки порядку30—35 Мн/м2 (3,0—3,5 кГ/мм2).
При стиковому зварюванні з оплавленням не потрібна ретельнапідготовка торців, яка необхідна при стиковому зварюванні в пластичному стані.
Газопресове зварювання є високопродуктивним механізованимпроцесом, який забезпечує одержання зварних з'єднань високої якості.
Найбільш широкоцей вид зварювання застосовують при спорудженні магістральних газо- інафтопроводів, при зварюванні рейок виготовленні складаного різальногоінструменту тощо.
Використаналітература
1. Соколов И.И. «Газовая сварка и резкаметаллов», М. «Высшая школа», 1978
2. Глизманенко Д.А. Газовая сварка ирезка металлов.-М.: Высш. школа, 1969.-304с.
3. Никифоров Н.И., Нешумова С.П.,Антонов И.А. «Справочник газосварщика и газорезчика» М. «Академия», 1999
4. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. «Плазменнаярезка», М. «Машиностроение», 1987