Газовая сварка и наплавкаИсточником тепла при газовой сварке является пламя, получаемое при сгорании горючих газов в технически чистом кислороде. В качестве горючих газов применяются ацетилен, природный газ, пропан-бутан, пары бензина и керосина и др. Из-за простоты выполнения сварки и получения высокой температуры пламени чаще всего используется ацетилено-кислородная сварка. Газовая сварка и наплавка уступает электродуговой по следующим позициям. 1. Большая зона теплового влияния приводит к большим деформациям детали при сварке. 2. Расходы на газ выше, чем расходы на электроэнергию. 3. Трудность механизации и автоматизации. 4. Ниже по производительности, т.к. максимальная температура в зоне горения газа (ацетилена) - 3150 °С, а в зоне горения электрической дуги-6000 °С. 5. Взрывоопасность горючих газов и кислорода. Несмотря на эти недостатки газовая сварка широко используется при ремонте машин, т.к. эффективна при сварке тонколистового материала кабин, кузовов, баков и радиаторов, чугунных и алюминиевых деталей, при ремонте и монтаже трубопроводов. Достоинствами газовой сварки являются простота и высокая транспортабельность оборудования, возможность выполнения работ при отсутствии электросети, удобство регулирования процессом во время сварки. Немаловажной является возможность использования газового пламени для пайки и резки металлов. Ацетилено-кислородная сварка выполняется (рис. 2.46) при сгорании ацетилена в кислороде, подаваемом из кислородного баллона, и в кислороде, имеющемся в воздухе.
В 1-ой зоне, в так называемом ядре, смесь подогревается до воспламенения и происходит частичный распад молекул ацетилена: С2Н2 ® С2 + Н2. Во 2-ой зоне, называемой сварочной частью, происходит сгорание ацетилена в чистом кислороде, подаваемом из баллона: С2 + Н2 + О2 ® СО + Н2. В 3-ей зоне, называемой факелом, догорает ацетилен в кислороде воздуха: СО + Н2 + О2 ® СО2 + Н2О. В зависимости от подачи кислорода можно получить нормальное, окислительное и науглераживающее пламя. При нормальном пламени горючее сгорает полностью; для этого требуется соотношение кислорода с ацетиленом 2, 5: 1, причем из баллона поступает 1, 1…1, 15 его часть, а остальной кислород -из воздуха. Окислительное пламя (избыток кислорода) используется для резки металлов и для сварки латунных деталей. Науглераживающее пламя (при избытке ацетилена в газовой смеси) применяется при сварке чугуна, алюминия и малоуглеродистых сталей.
Кислород получают (рис. 2.47) методом глубокого охлаждения воздуха до температуры -194, 5 °С. При этой температуре кислород уже будет в жидком состоянии (температура сжижения его –183 °С), а азот будет еще в газообразном состоянии, т. к. температура сжижения у него еще ниже (-196 ° С).
Кислород хранится в баллонах (голубой или синий цвет окраски) при начальном давлении 15 МПа. Чаще всего используются 40 литровые, а при небольших объемах работ - 5-и и 10-и литровые баллоны. Перед работой на баллон ставят кислородный редуктор, с помощью которого устанавливается и автоматически во время работы поддерживается давление кислорода, подаваемого в газовую горелку (0.2….0, 4 МПа) или кислородный резак (1, 2…1, 4 МПа). Масла и жиры в атмосфере кислорода могут самовзгораться, поэтому при работе нужно соблюдать особую предосторожность: не допускать на рабочем месте грязных тряпок и замасленной ветоши, работать в не замасленных рукавицах. Ацетилен C2H2 получают взаимодействием карбида кальция CaC2 с водой: CaC2+ H2O ® C2H2 +Ca (OH)2. Из 1 кг технически чистого карбида кальция получается 230…300 литров ацетилена. Ацетиленовые генераторы выполняются по различным схемам: 1.“Карбид в воду”-карбид кальция из бункера в зависимости от давления ацетилена периодически поступает через питатель в воду. Эти генераторы наиболее производительны и наименее взрывоопасны. 2. «Вода на карбид» -в реторту с карбидом кальция подается вода в зависимости от давления ацетилена. Эти генераторы небольшой производительности, переносные, низкого давления. 3. «Погружением» и «вытеснением»- в зависимости от давления ацетилена в первом случае при превышении давления из воды поднимается корзина с карбидом кальция, а во втором –вода вытесняется от карбида кальция в соответствующий сосуд. Это тоже небольшой производительности и переносные генераторы. 4. Комбинированные схемы. Для предохранения ацетиленовых генераторов от взрыва при обратном ударе пламени используются предохранительные водяные затворы. По давлению ацетиленовые генераторы делятся на: -низкого давления (0, 001…0, 01 МПа); -среднего давления (0, 01…0, 15 МПа); -высокого давления (> 0, 15 МПа). Ацетилен в сжатом состоянии (3, 5 МПа) может храниться в 40, 10 и 5-и литровых баллонах (белый цвет окраски). Так как ацетилен взрыво- и пожароопасен, то необходимы специальные меры хранения его. Ацетилен очень хорошо растворяется в ацетоне(23: 1) и в растворимом состоянии не взрывается при давлении до 1, 6 МПа, а при наличии в баллоне пористой массы (активированный уголь, пемза, …) не взрываются при очень высоких давлениях (свыше 16 МПа). Очень эффективным является использование в баллонах литой пористой массы (ЛПМ). Кроме повышенной взрывоопасности 40-литровые баллоны с массой ЛПМ вбирают до 7, 4 кг ацетилена, а с активированным углем –только 5 кг. По принципу смешивания газов сварочные горелки могут быть: инжекторные и безынжекторные. В инжекторных горелках кислород под давлением 0, 2…0, 4 МПа через регулировочный вентиль подается в инжектор, через продольные пазы которого подсасывается ацетилен, расход которого также регулируется вентилем. У горелок имеется до 9 сменных наконечников, позволяющих сваривать металлические детали различной толщины. Чем больше номер наконечника, тем больше диаметр проходного сечения горелки и, следовательно, будет больше расход газа, поэтому можно сваривать детали большей толщины. В зависимости от толщины детали выбирается диапазон расхода газа (номер горелки), а в процессе сварки вращением ацетиленового вентиля горелки более точно подбирается оптимальная мощность горения, а вентилем подачи кислорода -необходимый вид пламени (нейтральное, окислительное или восстановительное). В безынжекторных горелках горючий газ и кислород подаются под одинаковым давлением (0, 05…0, 1 МПа) в смесительную камеру, выходят из мундштука и сгорают. Эти горелки менее универсальны, сложны в регулировании процесса и используются для сварки очень тонкого материала. Технология газовой сварки. Диаметр присадочной проволоки d выбирается в соответствии с толщиной свариваемого металла h: d = h/2 +1, мм. Мощность горелки подбирается в зависимости от толщины h свариваемых деталей и теплопроводности k материала. Часовой расход ацетилена А находится по формуле: А=k h, л/ч, где - h толщина детали в мм;
k- коэффициент удельного расхода ацетилена в литрах за времени сварки (час) на единицу толщины детали, л/ ч х мм (k=100…120 л/ ч х мм -стальные детали; k= 110…140 л/ ч х мм -чугунные детали; k=60…100 л/ ч х мм -алюминиевые детали). При увеличении толщины свариваемого металла надо обеспечить большую концентрацию тепловой энергии и, следовательно, больший угол наклона горелки (рис. 2. 48) к поверхности свариваемой детали. По часовому расходу газа подбирается (табл 2.1) номер наконечника газовой горелки. Табл 2.1). Выбор наконечников газовой горелки.
При h< 3 мм используется левая (рис. 2.49) сварка (горелка движется справа налево Ü). Этот способ используется для тонколистового материала; обеспечивается хороший внешний вид сварного шва, т. к. пламя не препятствует наблюдать за зоной сварки.
При h> 5 мм используется правая (рис. 2.49) сварка (горелка движется слева направо Þ впереди присадочной проволоки). При этой сварке обеспечивается глубокое проплавление и высокая производительность, качественный шов из-за лучшей защиты расплавленного металла пламенем горючего газа и медленного остывания сварного шва, малая величина зоны термического влияния и меньшие деформации изделия. Газопрессовая сварка – разновидность газовой сварки. Металл детали нагревают пламенем многосопловой горелки до перехода его в пластическое состояние (1200…1300 °С) и сваривают путем приложения удельной нагрузки 15…25 МПа. Таким образом, можно соединять трубы, рельсы и др.
|
