Сварочная практика отчет 2
.pdfМетодическое пособие к проведению учебной практики по сварке металлов по курсу «Технология конструкционных материалов и материаловедение» для студентов специальности С.03.01.00 «Механизация сельскохозяйственного производства». Часть II (газовая сварка) рассмотрено на заседании методической комиссии факультета «Технический сервис и АПК» и рекомендовано к изданию на ротапринте БГАТУ.
Протокол № 2 от 21 февраля 2001 г.
Составители: доц. Калиновский В. Р., проф. Кмщепич В. М., проф. Шелег В. К.
Рецензент: ст.препод.кафедры «Ремонт мшннн» Кшпко В. М.
j
- 3 - |
|
|
|
Оглавление, |
|
|
|
1. Газопламенная обработка |
|
4 |
|
1.1. Газовая сварка. . . |
|
|
4 |
1.1.5. Сварочное пламя.' |
|
|
4 |
1.1.2. Металлургические процессы при газовой сварке |
.7 |
||
? Оборудование и материалы для газовой сварки |
8 |
||
2.1. Газы, применяемые при сварке |
|
8 |
|
2. 3. Присадочные материалы |
|
16 |
|
2.4. Аппаратура для газовой сварки. |
|
17 |
|
2.4.1. Валлоны для хранения и транспортировки газов |
17 |
||
2. 4. 2. Ацетиленовые генераторы |
|
19 |
|
2.4.3. Редукторы и предохранительные затворы, |
|
23 |
|
2.4. 4. Сварочные горелки |
.' |
|
26 |
2.4.5. Резиновые рукава, |
трубопроводы |
: |
.31 |
2.5. Подача газов к месту сварки |
|
'..32 |
|
2. 6. Сварочный пост |
|
|
33 |
3. Техника безопасности и охрана труда при проведении газо-
сварочных работ |
35 |
3.1. Основные поражающие факторы. |
35 |
3.2. Требования безопасности при газопламенных работах |
38 |
^Технология получения сварных соединений газовой сваркой. 39
Сборка' изделий под сварку— |
|
39 |
|
4.2. Подготовка оборудования к работе |
|
42 |
|
4. 3. Техника'сварки газовым пламенем |
|
.44- |
|
5. Особенности газовой сварки различных материалов |
52 |
||
5.1. Сварка углеродистых |
сталей |
|
62 |
5.2. Сварка легированных |
сталей |
|
54 |
5. 3. Сварка чугуна. |
|
|
56 |
5.4. Сварка цветных металлов...: |
|
58 |
|
Ь. 4.1. Сварка меди |
; |
|
'.58 |
' 5. 4. 2. Сварка латуни |
|
|
59 |
5.4.3. Сварка бронзы |
|
|
в! |
5. 4. 4. Сварка алюминия и его сплавов |
|
63 |
|
5.4.5. Сварка магниевых сплавов |
|
65 |
|
5. 4. 6. Сварка никеля и его сплавов |
|
66 |
|
6. Газовая резка металлов |
|
67 |
|
8.1. Газокислородная резка металлов |
|
67 |
|
6 1.1. Основные условия газокислородной резки металлов |
88 |
||
е. 1.2. Поверхностная резка металлов. .. |
|
7! |
|
6. 2. Кислородно-флюсовая резка |
|
73 |
|
7. Список рекомендуемой литературы |
;.....,..,78 |
|
/ |
ч |
|
|
|
. . |
- 4 - |
|
|
1. Газопламенная обработка. |
|
Одной из важнейших областей сварочного производства является г#" зопламенная обработка. Она охватывает такие широко распространенные Hi производстве технологические процессы, как сварка, пайка, нанссеийё покрытий, резка, поверхностный нагрев. Эти технологии широко используют при изготовлении и ремонте различных конструкций и изделий. Во все* процессах газопламенной обработки используется тепловая яноргия реакций горения газов в струе кислорода.
1.1. Газовая сварка.
При газовой сварке местный разогрев деталей осуществляется газо-
вым пламенем (Рис. 1.1.). Эта сварка относится к сварко |
млаплониеи. |
||
|
Высокотемпературное пламя, образовавшееся в ре- |
||
|
зультате сгорания горючего газа о смеси с тех- |
||
|
ническим кислородом, является источником тепла, |
||
|
Воздействуя на свариваемый металл, |
галошш пла» |
|
|
мя разогревает его, оплавляет и о |
ромульта+Й |
|
|
образуется жидкая сварочная ванна, |
которой пос- |
|
|
ле кристаллизации формирует сварочный шли. Дй» |
||
|
формирования шва необходимых г'оомотричеокИК |
||
|
размеров в сварочное пламя вводится, |
как правИ*- |
|
|
ло, присадочный металл. Можду жидким |
моталлй» |
|
|
сварочной ванны и газами пллмони |
происходи* |
|
I - свариваемая заго- |
взаимодействие, которое может привести к изме- |
||
товка; 2 - присадочная |
нению механических свойств сварного шип. Сва- |
||
проволока;3 - газовая |
рочное пламя должно обладать максимальной тем- |
||
горелка; 4 - газовое |
пературой, быть экономичным и нейтралы IUM по |
||
пламя. |
отношению к жидкому металлу. |
|
|
|
|
|
111. 1.1. Сварочное пламя.
Сварочное пламя образуется при сгорании горючих галоп или паров жидкостей в смеси с кислородом. Смешивание горючих гизо» и определенных пропорциях с кислородом осуществляется в сварочных горелках. Система "сварочное пламя - смесь горичих газов" ограниченна, с одной стороны, исходной смесью, с другой - продуктами реакции горения. При сгорании топлива температура пламени,'" степень концентрации выделяющейся теплота и еб воздействие на металл определяются многими факторами.
Пламя должно быть стабильным по размерам, не отрыиатьси от конца мундшт/ка, не проникать внутрь его. Для этого скорость пи/мчи и плдмн ио
- 5 -
ходной горючей смеси должна всегда соответствовать скорости её сгора-
|
|
|
ния. |
|
|
|
|
со+н. |
|
I бозЗ. |
.'..В газокислородном пламени раз- |
||||
|
личают три зоны: ярко |
светящий- |
|||||
|
|
|
ся внутренний конус |
(ядро), опира- |
|||
t:c |
гщпм |
ющийся основанием на выходное от- |
|||||
|
41 |
верстие мундштука горелки, внут- |
|
||||
|
|
|
|
|
пред- |
||
|
|
'гЫ. реннюю зону и факел пламени, |
|||||
|
|
|
ставляющий собой видимый |
объем |
|||
|
|
|
светящихся догорающих газов. По |
|
|||
|
|
|
поверхности ядра происходит непре- |
||||
|
|
|
рывное воспламенение газовой сме- |
||||
|
|
|
си. |
|
|
|
|
sea |
|
|
Размеры и форма сварочного пла- |
||||
|
|
мени зависят от скорости распрос- |
|||||
Ж |
|
|
|||||
|
|
транения реакции горения, |
которая |
||||
} s m m |
г |
ш |
|||||
для различных горючих неодинакова. |
|||||||
расстояние от торт мундштука |
|||||||
Ацетилено-кислородная смесь |
вос- |
||||||
|
|
горелки |
пламеняется со скоростью 10... 13 |
||||
Рис. |
1.2. |
|
|||||
|
м/с, для смесей с использованием |
||||||
Строение сварочного ацетиле- |
|||||||
заменителей ацетилена она ниже |
|
||||||
ио-кислородного пламени. |
7 м/с, поэтому пламя в этом случае |
||||||
|
|
|
|||||
|
|
|
длиннее. |
|
|
|
|
Наиболее широко для получения сварочного пламени распространена |
|||||||
ацетилено-кислородная смесь. Ацетилено-кислородное пламя состоит |
из |
||||||
трех зон (Рис. 1.2."): |
ядра пламени 1, средней зоны 2 и факела пламени |
3. Ядро пламени имеет резко очерченную форму (близкую к форме цилиндра), плавно закругляющуюся в конце, с ярко светящейся оболочкой. В зоне 1 (ядра) происходит постепенный нагрев до(температуры воспламенения газовой смеси, поступающей из мундштука. Оболочка ядра состоит из раскаленных частиц углерода, которые сгорают в наружном слое оболочки. В зоне 2 - первая стадия горения ацетилена за счет кислорода, поступающего из баллона:
CgHz + Og -> 2С0 + H2.
Зона 2, имеющая самую высокую температуру, обладает восстановительными свойствами, так как оксид углерода и водород раскисляют расплавленный металл, \ отнимая кислород у оксидов металла. Она называется сварочной или рабочей зоной. В зоне 3 (факеле) протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода:
2С0 + Нг + (3/2)0г -> 2С0г +• Н20.
Пары воды и углекислый газ образуются в факеле при сгорании окси-
1*. '
г
да углерода и водорода восстановительной зоны в кислороде окружащ>
воздуха. При высоких температурах они окисляют металл, |
поэтому эту |
ну называют окислительной. Температура факела значительно |
ниже, |
температура сварочной зоны. |
|
Форма и строение пламени всех горючих в смеси с кислородом один ковы и меняются в зависимости от соотношения подаваемых газов:
fs
Ог
Су R,
При сжигании ацетилено-киЬюродной смеси различают три вида
мени: нейтральное (или нормальное), окислительное, науглероживающее. Нейтральное пламя, или нормальное восстановительное получает
при &= 1... 1,2. Такое пламя и показано на Рис. 1.2. Большинство мета лов и сплавов сваривают восстановительной зоной нормального пламени.
Нормальное пламя горючих газов-заменителей ацетилена- в смеси кислородом образуется соответственно с использованием природного газ.1 при 0 - 1,5... 5,6, а для пропан-бутана при в » 3,4... 3,8 (Рис. 1.3.).
АЗС
Оа пшена |
Ось пламени |
Ось пламени |
а |
б |
в |
|
Рис. 1.3. |
|
Зона сварочного пламени:
а - ацетилено-кислородное;б - метано-кислородное; в - пропано-кислородное: А - ядро; В - зона неполного сгорания;С - зона полного сгорания; L - длина ядра.
При р > 1,2, т.е. при избытке кислорода получают |
окислительное |
пламя. В практике такое пламя применяется ограниченно |
(например, для |
сварки латуней). |
|
Науглероживающее пламя получают при ь <• 1, т.е. при избытке ацетилена. Ядро пламени удлиняется и теряет резкие контуры. Такое пламя может использоваться при сварке чугунов и сплавов из цветных металлов, так как в этом случае компенсируется выгорание углерода и восстанавливаются оксиды цветных металлов.
Состав сварочного пламени существенно влияет на качество наплавленного металла и прочность сварочного шва. Поэтому сварщик должен обращать большое внимание на характер и правильность регулирования сварочного пламени.
1.1.2. Металлургические процессы при газовой сварке.
При газовой сварке протекание металлургических процессов обусловлено следующими особенностями: а) малым объемом сварочной ванны расплавленного металла; б) высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; в) интенсивным перемешиванием металла сварочной ванны газовым потоком пламени и присадочным материалом; г) химическим взаимодействием расплавленного металла с газами сварочного пламени и воздухом.
В результате контактирования расплавленного металла сварочной ванны с пламенем может иметь место окисление и науглероживание металла, выгорание углерода, марганца и кремния. Металл может кипеть с разбрызгиванием, образовывать пористость, шлаковые включения.
При газовой сварке на расплавленный металл ванны активно воздействует газовый поток средней зоны пламени, содержащей в основном С0г; Нг; 02 и Nz . В средней зоне пламени возможно также наличие в незначительном количестве свободного углерода, не успевшего полностью окислиться в СО на границе ядра пламени. Характер протекающих в сварочной ванне реакций определяется составом средней зоны пламени, зависящим от соотношения газов в горючей смеси. Основными в сварочной ванне являются реакции окисления и восстановления. При сварке окислительным пламенем в сварочной ванне протекают реакции окисления:
вещество + кислород = оксид вещества.
Образующиеся оксиды загрязняют металл шва- и снижают механические свойства.
При сварке нормальным пламенем в сварочной ванне будут протекать восстановительные реакции:
оксид металла + СО = металл + COg; оксид металла + НЕ металл + Н;>0.
- 8 -
При сварке науглероживающим пламенем происходит насыщение металла углеродом по реакциям:
металл + С - карбиды; металл + 2С0 - карбиды + СО?,
Насыщение сварочной ванны карбидами влечет за собой увеличение прочности сварочного шва Со значительным снижением его пластических свойств.
Для уменьшения химического воздействия пламени на металл необходимо поддерживать состав горючей смеси в соответствии с техническими рекомендациями.
2.Оборудование и материалы для газовой сварки.
2.1 Горючие газы и жидкости. .
Для газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов применяют различные горючие газы и жидкие топлива с низшей температурой сгорания не менее 16800 кДж/м3 (исключением является водород, низшая теплота сгорания которого 10080 кДж/м3) - табл.2. 3, 2.2.
Газообразный кислород при нормальных условиях бесцветен, не имеет запаха и вкуса. При низких температурах газообразный кислород может превратиться в жидкость и даже в твердое вещество. При нормальных условиях (температура 20°С, давление 0,1 МПа) масса 1м3 кислорода составляет 1,33 кг. Газообразный кислород хранится и транспортируется в стальных баллонах, в которые он нагнетается до давления 20 МПа.
При газопламенной обработке в качестве горючего применяют различные горючие газы и пары горючих жидкостей. Наибольшее распространение получил ацетилен, при сгорании которого в кислороде создается наиболее высокая температура пламени. Ацетилен CgHz - углеводородное соединение при обычной температуре и атмосферном давлении - бесцветный газ, из-за присутствия ряда примесей: фосфоритного водорода, сероводорода и других имеет резкий, специфический запах. Ацетилен легче воздуха (0,9 его плотности), при 0,01 МПа (760 им рт. с?.) и температуре -84°С он затвердевает.
Технический ацетилен получают двумя способами; 1) из карбида кальция действием на нег$> водой в специальных ацетиленовых генераторах. При взаимодействии с.водой карбид кальция разлагается с образованием ацетилена и гашёной извести; 2) из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти, газах от переработки угля торфосланцев. путем крекингования.
Первый способ имеет большее применение, однако всё шире внедряет-
ся в промышленность и второй способ.
Ввиду крайне высокой взрывчатости в технике применяется растворённый ацетилен. Это ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной растворителем - ацетоном. В порах этой массы находится ацетилен, растворенный в ацетоне. В одном объёме технического ацетона при 20°С и атмосферном давлении 0,1 МПа можно растворить до 20 объбмов ацетилена. При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа.
Карбид кальция СаСг - химическое соединение кальция с углеродом, твердый кускообразный материал, имеющий в изломе темно-серый или коричневатый цвет. Плотность карбида кальция зависит от его чистоты и изменяется в пределах 2, 8. ..2,22 г/см3." Карбид кальция выпускают по ГОСТ 1460-81. Его хранят и транспортируют в герметически закрытых железных барабанах с толщиной стенки не менее 0,51 мм и массой 50...130 кг. Боковую поверхность барабанов делают гофрированной для большей её
жёсткости.
При взаимодействии с водой карбид кальция разлагается с образованием ацетилена и гашенной извести. Для разложения 3 кг химически чистого карбида кальция теоретически необходимо 0, 562 кг воды, при этом получается 0,408 кг ацетилена CgHj. (285 дм3) и 1,156 кг гашенной из-
вести Са(0Н)г- |
Практически расход воды составляет до 10 дм3 |
с учётом |
|||||||||||
необходимости оятждшия газа и ацетиленового генератора. |
|
||||||||||||
|
С увеличением размеров кусков карбида кальция скорость его разло- |
||||||||||||
жения уменьшается, |
а выход ацетилена увеличивается |
(табл.2.1.). |
|||||||||||
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ч Таблица 2.1. влияние размеров кусков карбида кальция |
|
|||||||||||
|
|
|
на выход ацетилена. |
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
м |
1 |
|
|
|
|
|
т |
|
1 |
|
|
| Размеры кусков, мм25..,80| 15.. .25| 8.. . 15|2...8|куски смешан- | |
|||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J ных размеров |
| |
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
( |
|
|
| |
Обозначение |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
• I |
|
| |
грануляции |
|
25/80 | |
15/25 | |
8/15 |
| |
2/8 |
Г |
|
1 |
|
||
1 |
,...,.,,., |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
I- |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|||
| Выход газа, дм3/кг |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|||
| |
(не менее): |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
J |
|
| |
сорт I |
285 |
[ |
275 |
• | 265 |
| |
255 |
| |
275 |
| |
|
||
| |
сорт |
II |
265 |
| |
255 |
| |
250 |
| |
240 |
| |
255 |
| |
|
v. . . . . |
|
|
1, |
|
1 |
|
|
|
...1...., |
|
J |
|
- 10 - |
|
|
|
Водород(Hg) - в нормальный условиях газ, без цвета и ъттял. Полу- |
|
||
чают водород электролизом воды; методом глубокого охлаждимии газовых |
|
||
смесей, содержащих водород; разложением водяного пара при испускании |
|
||
его через слой раскаленного железа и другими способами Температура |
|
||
сжижения водорода - 253°С. При сгорании водорода пламя ни смутится |
и |
||
его зоны не имеют четких границ, Его выпускают четырех млрш А. Б, |
В, |
||
Г (А получен электролизом воды, Б - железопаровым способам и |
взаимо- |
|
|
действием ферросилиция с раствором щелочи, В - электролизом хлористых |
|
||
солей, Р - при паровой, конвекции углеводородных газов) |
"Хранят |
и |
|
транспортируют водород в стальных баллонах под давлониом 1f> МНа |
|
||
Отсутствие у водородно-киелородного пламени цвета и ролко иыражен- |
|
||
ных зон горения по сравнению с углеводородным пламенем |
затрудняет |
|
его регулировку. Для сварки.и резки с использованием водорода применяют ту же аппаратуру, что и для работы с ацетиленом, но отличающуюся окраской (редукторы и баллоны) и присоединительными разморими. Водородом можно заменить ацетилен при сварке и пайке стали малой толщины (1...2 мм), когда работы не подлежат контролю Гостехнадзора, сварке чугуна и алюминия (толщиной до 5 мм), свинца и других легкоплавких металлов, водород является хорошим горючим при резке сталей больших толщин.
Природные горючие газы представляют собой смоси газообразных предельных углеводородов с преобладающим количеством метана {75,1. ..99,4%), а также примесью этана, пропана, бутана и небольшим
количеством инертных газов и азота. Природные газы - это газы без цвета с легким чесночным запахом, получаемые из газовых месторождений. Низшая теплота сгорания природных газов зависит от места добычи и колеблется в широких пределах 3141&.. 38052 кДж/м3.
Природный газ может поступать к потребителю либо в баллонах, либо по газопроводу.
Смесь природного газа с низкокалорийными газами (коксовым, генераторным и др.) называют городским газом и применяют для кислородной резки сталей, сварки неответственных деталей из низкоуглеродистых сталей толщиной 8.., в мм, пайки, наплавки, нагрева и поверхностной закалки.
Смесь природного газа с 80... 70% ацетилена (по объему) рекомендуют для сварки изделий из стали и других металлов. Аппаратура для сварки и резки та же, что и для работы на пропане.
Метан CHg ~ бесцветный газ, основной компонент природного газа, входит в состав почти всех горячих газов. Его применяют для сварки неответственных деталей из низкоуглеродистых сталей толщиной до 6 мм, сварки чугуна и алюминия небольших толщин и других легкоплавких металлов, а также для резки, нагрева, поверхностной закажи. Метан как го-
- и - .
рючее имеет местное значение, так как его перевозка в баллонах не экономична. Аппаратура для работ на метане (горелки, резаки) те же, что и длят пропана. Смесь состава 40% метана и 60% ацетилена (по объему) используют при сварке Сталей небольших толщин, алюминия, бронзы, пайки,наплавки, кислородной резки и других работах.
Сжиженные газы представляют собой смеси пропана, бутана, пропилена, бутилена и небольших количеств метана, этана, этилена и пентана. При температуре 20°С и давлении 0,01 МПа (760 мм рт. ст.) смесь находится в газообразном состоянии, а при сравнительно небольшом повышении давления и понижении температуры она переходит в жидкое состояние. Состав сжиженных газов регламентируют по ГОСТ 20448 - 80 "Газы углеводородные сжиженные топливные".
Смесь с содержанием до 30% пропана используют в районах с более тёплым климатом и в летнее время. Смеси с содержанием не менее 70% пропана применяют в районах с более холодным климатом и в зимнее время.
К месту потребления сжиженные газы доставляют железнодорожными или автомобильными цистернами с переливанием в заводские стационарные емкости и подачей в газообразной оостоянии по газопроводу к рабочим постам. Потребители получает сжиженные газы также в баллонах разной ёмкости.
Сжиженные газы имеет большой коэффициент объеююго расширения - у пропана и бутана он в 11... 16 раз больше, чем у воды. Поэтому наполнение сосудов сверх нормы создает опасность их разрыва при нагреве газа различными источниками тепла. Сосуды для хранения и транспортирования сжиженных газов наполняет с таким расчета», чтобы над жидкостью имелась достаточная по объему "паровая" подуша.
По давлению сжиженного газа в баллоне нельзя судить о его в количестве, оно может быть определено только взвешиванием. Для нормального парообразования максимальный отбор газа из одного баллона при температуре 20°С не должен превышать 1,26 м'/ч.
При атмосферном давлении пропан переходит из жидкого состояния в газообразное при температуре до -42.2®С; бутан - до - 0,5°С. Поэтому при отборе в первув очередь испаряется пропан, наиболее легко кипящий компонент. В результате «едкость в баллоне в процессе отбора газа обогащается высококипящим компонентом - бутаном. Отбор паровой фазы в зимнее время при температуре - 15°С прекращается, если смесь имеет состав: 50% бутана и 50% пропана, а также когда в емкости остается до 30% гааа.
При нормальном давлении пропано-бутановая смесь переходит в жидкое состояние при температуре - 40°С. При испарении 1 кг жидкого пропана получается около 0.535 ма пара, а1 кг жидкого бутана - 0,406 м3
!