Технология газовой сварки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ,

МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПРИРОДООХРАННОГО И
КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Кафедра: «Металлические и деревянные конструкции»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе №10

««ИЗУЧЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ

ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ»

по дисциплине

«Металловедение и сварка»

для студентов строительных специальностей

дневной и заочной формы обучения

Симферополь, НАПКС, 2012г.

Методические указания к выполнению лабораторной работы №10 «Изучение оборудования и технологии газовой сварки и резки металлов» по дисциплине «Металловедение и сварка» для студентов строительных специальностей / составители: Корохов В.Г., Бусарова Н.Я. – Симферополь: НАПКС, 2012г. – 48с.

Методические указания к выполнению лабораторной работы разработаны в соответствии с программой курса для строительных специальностей и рекомендациями Московского, Киевского и Днепропетровского инженерно-строительных институтов, а также Московского института стали и сплавов по методике подготовки, проведения и обработки результатов лабораторного практикума.

Одобрено и рекомендовано к печати на заседании учебно-методической комиссии АСФ 2012 г., протокол № .

.

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Металлические и деревянные конструкции» 04 апреля 2012 г, протокол №10.

Составители: В.Г. Корохов, к.т.н., профессор НАПКС

Н.Я. Бусарова, преподаватель.

Рецензент: Т.Н. Ромоненко, к.т.н., доцент

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой «Металлические и деревянные конструкции» Морозов А.Д., кандидат технических наук, профессор.

Лабораторная работа №10

«Изучение оборудования и технологии

Газовой сварки и резки металлов»

Цель работы

Изучить процесс сварки, ознакомиться с особенностями устройства и назначением сварочного оборудования для газовой сварки и резки металла, с технологией этих операций

Краткие теоретические сведения.

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

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

Газовая сварка и резка металла основана 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 в место 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

Газовая сварка – сварка плавлением. 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. При нагревании газосварочным пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом.

Рис. 1. Схема газовой сварки

1 – заготовка; 2 – присадочный металл;

3 – газовая горелка; 4 – газосварочное пламя.

В качестве горючих газов могут быть использованы ацетилен С₂Н_2, водород Н₂, природный газ (содержащий примерно 94% СН₄), нефтяные газы, пары бензина и керосина.

Перечисленные горючие газы главным образом используют для кислородной резки, не требующей высокой температуры плавления.

В сварочном производстве обычно применяют ацетилен. При горении в технически чистом кислороде он дает наиболее высокую температуру пламени (3150⁰С) и выделяет наибольшее количество тепла – 13000 ккал/м³. Ацетилен легче воздуха и кислорода. При содержании в воздухе 2,8-80% ацетилена С₂Н_2, образуется взрывчатая смесь. Воспламеняется ацетилен при 420⁰С, становится взрывоопасным при сжатии свыше 0,175 МПа, а также при длительном соприкосновении с медью и серебром.

Ацетиленполучают из карбида кальция при взаимодействии последнего с водой. Реакция протекает с выделением значительного количества тепла.

СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са (ОН)₂

Теоретически для разложения 1 кг карбида кальция требуется 0,562 дм³, а практически во избежание перегрева ацетилена расходуют 5-20 дм³ воды. Средний выход ацетилена составляет 0,25-0,30 м³/кг.

Ацетилен взрывоопасен при избыточном давлении свыше 0,175 МПа, хорошо растворяется в ацетоне – в одном объеме ацетона при давлении 0,15 МПа растворяется 23 объема ацетона. Это свойство ацетилена используется для безопасного хранения в баллонах.

По сравнению с электродуговой сваркой газовая сварка 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.

Так при газовой сварке сталей толщиной менее 3 мм температура нагрева = 3120⁰ С, а при электросварке для этого процесса необходима температура 6000⁰ С. Т.е. применение газовой сварки более экономично. И еще, сваривая в ручную электрической сваркой, при такой температуре есть опасность прожога.

Температура пламени (средней зоны) в 2 раза больше температуры плавления металла.

Например, температура плавления меди t_пл.=1080⁰ С, а температура пламени 2400-2600⁰ С.

Технология газовой сварки.

Качественный шов обеспечивается правильным подбором мощности горелки, видом сварочного пламени, способом сварки, углом наклона горелки, применением соответствующего присадочного материала и флюса.

1) 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 – С₂Н₂, т.к. сгорая в кислороде, он позволяет получить самую высокую температуру в пламени, до 3200⁰С, в котором можно сваривать и сталь, и чугун, и названные цветные металлы.

Горючие газы

Таблица 1

Газ	Температура пламени при сгорании в смеси с кислородом, 0 С	Применение
Ацетилен     Водород   Коксовый     Нефтяной   Природный (метан)   Пары керосина   Пропан-бутановая смесь		Сварка всех металлов, резка, пайка и поверхностная закалка   Сварка сталей толщиной до 2 мм, чугуна, алюминия и его сплавов, резка   Пайка и сварка легкоплавких цветных металлов, резка   Сварка сталей толщиной до 2 мм, чугуна, цветных металлов и их сплавов, пайка и резка   Сварка легкоплавких металлов, пайка, резка   Резка, пайка, поверхностная закалка     Сварка и пайка чугуна и цветных металлов, резка и поверхностная закалка

2) Присадочный металл должен быть примерно того же химического состава, что и металл свариваемых заготовок. Диаметр присадочной проволоки dвыбирают в соответствии с толщиной sосновного металла. Для приближенного выбора диаметра присадочного прутка при s < 10 мм можно пользоваться эмпирической формулой

d = 0,5 s+1

При s > 10 ммдиаметр присадочного прутка принимают равным5 мм.

Поверхность присадочного прутка перед сваркой зачищают от любых загрязнений

3)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.

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

V_а =K·b,

Где: V_а расход ацетилена, л/ч;

K - коэффициент пропорциональности

(для левого способа сварки K = 100…130; для правого K = 120…130);

b - толщина свариваемого металла, мм.

Зная расход ацетилена, по таблице 3 определяют номер и характеристику наконечника.

4) Предварительное смешивание одного из горючих газов с кислородом осуществляется в специальных горелках. Горючую смесь, выходящую из горелки, воспламеняет сварщик.Он зажигает смесь, перемещает в ручную 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 и искропроводящим устройством. После этого регулируют поступление газа, чтобы получить пламя нужного состава без избытка одного из газов. После окончания работ гасят пламя в следующей последовательности: сначала перекрывают ацетиленовый вентиль, а затем – кислородный.

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

Рис. 2. Газосварочное пламя

1 – ядро пламени; 2 – средняя зона; 3 – факел

В ядре пламени горения газа не происходит, а происходит постепенный нагрев до температуры воспламенения газовой смеси, которая поступает из мундштука и только вблизи поверхности ядра наблюдается частичное сгорание углерода. Раскаленные до температуры 800…1250⁰С 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-ацетиленового пламени может достигать 3200⁰С, эта зона имеет более темный цвет. Средняя зона обладает раскислительно-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. Эту зону называют сварочной или рабочей зоной. В зоне 2 происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода, поступающего из баллона:

С₂Н₂ + О₂ = 2СО + Н₂

В факеле, зоне 3 протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода:

2СО + Н₂ + О₂ = 2СО₂ + Н₂О

В этой зоне догорают продукты разложения газа, температура пламени падает до 1200…2500⁰С. С увеличением содержания горючего газа в смеси факел пламени обогащается углеродом и становится коптящим, что может привести к науглераживанию свариваемого металла.