Горючие газы для сварки и резки.В качестве горючих газов при сварке и резке применяют ацетилен, водород, пропан, нефтяные газы, природный газ и другие горючие, а также пары бензина и керосина. Основные данные о различных горючих приведены в таблице 1. Ацетилен наиболее широко применяется для газовой сварки и резки, так как дает высокую температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом (около 3150оС). Технический ацетилен получают из карбида кальция путем разложения последнего водой: 1. Получение карбида кальция (СаС2) – сплавление известняка и кокса в дуговых электропечах. 2. Получение ацетилена: СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2 + Q ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ Карбид Са Вода Ацетилен Гашеная известь Тепло При этом из карбида кальция в ацетилен переходят вредные примеси, загрязняющие ацетилен: сероводород, аммиак, фосфорный водород, кремнистый водород. Эти примеси могут ухудшать свойства наплавленного металла и поэтому удаляются из ацетилена промывкой в воде и химической очисткой. Особенно нежелательна примесь фтористого водорода, содержание которого более 0,7% в ацетилене повышает взрывоопасность последнего. Газы-заменители ацетилена. При сварке и резке металлов применяют также горючие–заменители ацетилена. При сварке необходимо, чтобы температура пламени примерно в два раза превышала температуру плавления металла. Поэтому газы-заменители, температура пламени которых ниже, чем у ацетилена, целесообразно использовать только при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем сталь (алюминия и его сплавов, латуни, свинца), при пайке и т.п. Пои кислородной резке пользоваться ацетиленом необязательно, можно применять другие горючие газы, которые при сгорании в смеси с кислородом дают пламя с температурой не ниже 1800оС. Количество тепла в ккал, получаемое при полном сгорании 1 м3 или 1 кг газа, называется теплотворной способностью газа. Чем выше теплотворная способность газа, тем он более пригоден для сварки и резки металлов. Вследствие более низкой температуры пламени применение газов-заменителей ограничено. В ряде случаев они снижают также и производительность процессов газопламенной обработки. Сварочная проволока. При газовой сварке применяют проволоку, близкую по химическому составу к свариваемому металлу. Диаметр проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. Для сварки меди, латуни, алюминия применяют проволоку из цветного металла соответствующей марки. Чугуны и бронзы сваривают при помощи прутков, отлитых из этих металлов. Флюсы. Для частичной защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся окислов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами. Составы флюсов выбирают в зависимости от состава и свойств свариваемого металла. Флюс должен плавиться раньше, чем свариваемый металл, хорошо растекаться по шву, не оказывать вредного действия на металл шва и полностью удалять образующиеся при сварке окислы. В качестве флюсов используют прокаленную буру, борную кислоту, кремневую кислоту и пр. При сварке углеродистой стали флюсы не применяют, так как в данном случае сварочное пламя достаточно хорошо защищает металл от окисления. Чугуны, некоторые специальные легированные стали (хромистые и хромоникелевые), медь и её сплавы, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, необходимо сваривать с флюсами. Оборудование и аппаратура, необходимые для производства работ по газовой сварке и резке металлов. Для производства работ по газовой сварке и резке металлов необходимо следующее оборудование и аппаратура: 1. ацетиленовый генератор или баллон с ацетиленом; 2. кислородный баллон с кислородом; 3. редукторы для понижения давления газов, подаваемых из баллонов в горелку или резак; 4. резиновые шланги для подачи кислорода и ацетилена в горелку или резак; 5. сварочные горелки и резаки; 6. ручной инструмент газосварщика: металлическая щетка, зубило, молоток, медная игла для прочистки мундштука горелки, зажигалка, набор ключей для горелки и специальные ключи для открывания кислородного и ацетиленового баллонов, а также очки со специальными стеклами для защиты глаз сварщика. Ацетиленовый генератор – аппарат, служащий для получения газообразного ацетилена из карбида кальция при воздействии на него водой. Ацетиленовые генераторы классифицируют по следующим признакам: 1. по роду установок – стационарные и передвижные(изготавливают производительностью до 3,2 м3/час); 2. в зависимости от системы регулирования взаимодействия карбида кальция с водой – генераторы системы «карбид в воду», «вода на карбид», «погружения», «комбинированные – вода на карбид и вытеснения», «сухие»; 3. по производительности – 0,8; 1,25; 2,0; 3,2; 5,0; 10,0; 40,0; 80,0; 160 и 320 м3/час ацетилена; 4. по давлению газа в генераторе: - низкого давления: до 1,0 ат (кгс/см2) включительно; - среднего давления: от 0,1 до 1,5 ат (кгс/см2) включительно; - высокого давления: свыше 1,5 ат (кгс/см2).
Все ацетиленовые генераторы независимо от их конструкции и системы имеют следующие основные части: 1) газообразователь; 2) газосборник; 3) предохранительный затвор; 4) автоматическую регулировку вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления. На рис.1 показаны схемы ацетиленовых генераторов различных систем. Баллоны для ацетилена. Чтобы обеспечить безопасное хранение ацетилена под высоким давлением, баллоны заполняют специальной высокопористой массой, состоящей из активированного древесного угля в количестве 290-320 г/дм3 емкости баллона или из смеси угля, пемзы, инфузорной земли или из других легких и пористых веществ. Массу в баллоне пропитывают ацетоном, в котором ацетилен хорошо растворяется. Ацетона берут из расчета 225-300 гр на 1 дм3 емкости баллона. Находясь в порах массы, растворенный в ацетоне ацетилен взрывобезопасен, и его можно хранить под давлением до 25-30 кгс/см2. Когда открывают вентиль, ацетилен выделяется из ацетона и в виде газа выходит через редуктор в шланг горелки. Ацетон остается в порах массы и растворяет новые порции ацетилена. Для определения количества ацетилена в баллоне последний взвешивают до и после наполнения газом. По разности весов определяют количество находящегося в баллоне ацетилена в килограммах. Применение растворенного ацетилена при сварке и резке металла имеет ряд преимуществ по сравнению с ацетиленом, получаемым в передвижных ацетиленовых генераторах: - обеспечивается безопасность работ; - более высокая чистота ацетилена, свободного от влаги, благодаря чему его можно использовать при работе в зимнее время; - более высокое давление газа перед горелкой и резаком, что способствует устойчивости сварочного пламени; компактность сварочной установки и простота её обслуживания.
Рис.3.29. Схемы ацетиленовых генераторов: а– система «карбид в воду»: 1- бункер, 2- газообразователь, 3- питатель, 4-решетка, 5- спуск ила, 6- отбор газа; б– система «вода на карбид»: 1- корзина с карбидом, 2- реторта, 3- подача воды, 4- газосборник, 5- отбор газа; в– система «сухого разложения»: 1- барабан с карбидом, 2- привод, 3- подача воды, 4- загрузка карбида, 5- газосборник, 6- выгрузка сухой извести (пушонки), 7- отбор газа; г– система «вытеснения»: 1- корзина с карбидом, 2- газообразователь-газосборник, 3- воздушная подушка, 4- отбор газа; д– комбинированная система «вода на карбид-вытеснения»: 1- корзина с карбидом, 2- реторта, 3- подача воды, 4- бак с водой, 5- воздушная подушка, 6- газосборник, 7- обратный клапан, 8- отбор газа.
Редукторы. Для удобства транспортирования и хранения газы, применяемые в сварочной технике, обычно поступают к месту работ под давлением, значительно превышающим требуемое процессом сварки. Снижение (редуцирование) давление газа, питающего сварочную горелку, до необходимой величины и автоматическое поддержание постоянства рабочего давления газа в процессе сварки осуществляется особыми приборами, так называемыми редукторами или редукционными вентилями. Редукторы, применяемые в сварочной технике, обычно имеют два манометра, один из которых измеряет давление газа до входа в редуктор (высокое давление), второй – давление редуцированного газа на выходе из редуктора, т.е. низкое или рабочее давление газа(см. Рис. 43). Согласно ГОСТ 6268-59 постовые редукторы для кислорода выпускаю на рабочее давление газа перед горелкой или резаком от 0,5 до 15 кгс/см2, для ацетилена – от 0,01 до 1,5 кгс/см2. Рукава (шланги). Шланги служат для подвода газа в горелку или резак. Они должны выдерживать давление газа, быть гибкими и не стеснять движения сварщика. Шланги изготовляют из вулканизированной резины с одной или двумя тканевыми прокладками. По ГОСТ выпускаются рукава для ацетилена (тип I) и для кислорода (тип II). Шланги для газопламенной обработки должны иметь внутренний диаметр 9-16 мм. Для бензина и керосина используются шланги из бензостойкой резины.
Шланги для кислорода испытывают гидравлически на давление 20 кгс/см2, для ацетилена – на 5 кгс/см2. Чтобы сварщик мог свободно работать, длина каждого шланга берется от 8 до 20 м. Сварочные горелки. Сварочная горелка – основной инструмент при ручной газовой сварке. Наибольшее применение находят инжекторные горелки, работающие на ацетилене низкого и среднего давления (Рис. 3.32а). Кислород под давлением поступает по трубке 5 через вентиль 6 в сопло инжектора 3. При истечении кислорода с большой скоростью из сопла создается разрежение в трубке 4, в которую через вентиль 7 засасывается ацетилен. Кислород и ацетилен далее поступают в смесительную камеру 2, где образуют горючую смесь, выходящую из мундштука 1 и дающую при сгорании сварочное пламя. Разрез инжекторного устройства сварочной горелки показан на Рис. 41б. Для нормальной работы инжекторной горелки давлегние поступающегшо а неё кислорода должно быть 3-4 кгс/см2. Давление ацетилена может быть значительно ниже – от 0,01 до 0,2 кгс/см2. Для сварки малых толщин от 0,2 до 4 мм применяют облегченные горелки весом 360-400 гр. С комплектом наконечников №0;1;2;3 для шлангов с внутренним диаметром 5,5 мм. Наконечник №0 применяют для сварки металла толщиной от 0.2 до 0.7 мм. При использовании газов-заменителей ацетилена применяют наконечники типа НЗП, у которых диаметры каналов мундштуков, инжекторов и смесительных камер обеспечивают такую же мощность пламени, как и при работе на ацетилене. При сильном нагревании мундштука горелки инжектирующее действие струи кислорода, вытекающей из сопла инжектора, ухудшается. В этом случае в инжекторной горелке состав горючей смеси изменяется и в смеси появляется избыток кислорода, из-за чего приходится прерывать сварку и охлаждать мундштук. Более постоянный состав горючей смеси дают безинжекторные горелки (Рис. 3.31 а), в которые оба газа – кислород и ацетилен – поступают под одинаковым давлением(0,5-1,0 кгс/см2). Горелки большой мощности и многопламенные, работающие в тяжелых условиях и при высокой температуре, лучше изготовлять безинжекторными и снабжать устройствами для водяного охлаждения мундштука. Схема безинжекторной горелки показана на Рис.3.31а. Кислород и ацетилен поступают в горелку под разными давлениями, а количество газов регулируют вентилем, имеющимся на корпусе горелки.
Рис.3.31.Схема инжекторной горелки (а) и разрез инжекторного устройства (б).
Рис.3.32.Принципиальная схема устройства сварочной горелки: а – равного давления; б – инжекторная. Сварочное пламя. Внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от состава горючей смеси, т.е. соотношения в ней кислорода и ацетилена, поступающих в горелку, сварщик регулирует состав смеси и сварочное пламя. При сгорании ацетилена в воздухе без добавления кислорода образуется пламя желтоватого цвета, имеющее форму длинного факела (без светлого ядра). Такое пламя имеет низкую температуру и коптит, выделяя много сажи (несгоревшего углерода), поэтому оно не пригодно для сварки. Если в ацетилено-воздушное пламя прибавлять кислород, то оно резко меняет свой цвет и форму, а температура его значительно повышается. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена, можно получать три основных вида сварочного пламени: 1. нормальное, называемое также восстановительным; 2. окислительное (с избытком кислорода); 3. науглераживающее (с избытком ацетилена). Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное) пламя. Теоретически оно образуется, когда в горелку на один объем ацетилена подается один объем кислорода. Ацетилен тогда сгорает за счет кислорода смеси по реакции: С2Н2 + О2 = 2СО + Н2.
Последующая фазха сгорания происходит за счет кислорода окружающего воздуха по реакции: 2СО + Н + 1,5О2 = 2СО2 + Н2О. Окись углерода и водород, образующийся в пламени, раскисляют металл, восстанавливая имеющиеся в сварочной ванне окислы. При этом металл шва получается без пор, газовых пузырей и включений окислов. Практически в смесь подают несколько больше кислорода, чем это нужно для получения восстановительного пламени по приведенной выше схеме сгорания. Нормальное восстановительное пламя получается при избытке кислорода в смеси до 30% против теоретического, т.е. при соотношении ацетилена и кислорода от 1:1 до 1:1,3. Схема образования нормального восстановительного ацетилено-кислородного пламени показана на Рис.3.33. Нормальное пламя имеет три ярко выраженных зоны: ядро, восстановительную и факел. Ядро имеет резко очерченную форму, близкую к форме цилиндра, плавно закругляющуюся в конце, с ярко светящейся оболочкой. Температура ядра около 900 оС. При увеличении давления кислорода увеличивается скорость истечения смеси, и ядро пламени удлиняется. Восстановительная зова располагается за ядром и по своему более темному цвету заметно отличается от ядра. Она в основном состоит из окиси углерода и водорода. Длина её достигает 20 мм.. Восстановительная зона имеет наиболее высокую температуру на расстоянии 3-6 мм от конца ядра, поэтому этой зоной и производится сварка. Факел располагается за восстановительной зоной. Он состоит из углекислого газа, окиси водорода и азота. Температура факела значительно ниже температуры восстановительной зоны.
Рис.3.33.Схема образования нормального восстановительного ацетиленокислородного пламени и график температур по его оси; внизу – размеры ядра пламени для мундштуков наконечников различных номеров.
Окислительное пламя получается при избытке кислорода, когда на 1 объем ацетилена приходится более 1,3 объема кислорода. Ядро такого пламени значительно короче, с заостренным концом, с менее резкими очертаниями и более бледной окраской. Сокращаются по длине восстановительная зона и факел. Пламя имеет синевато-фиолетовую окраску. Температура окислительного пламени выше, чем нормального, однако сваривать стали таким пламенем нельзя, так ка шов получается хрупким и пористым. Науглераживающее пламя получается при избытке ацетилена, когда в горелку на 1 объем ацетилена подается менее 1 объема кислорода. Ядро такого пламени теряет резкость своего очертания, и на его конце появляется зеленый венчик, по которому судят об избытке ацетилена. Восстановительная зона значительно светлее и почти сливается с ядром, а факел приобретает желтоватую окраску. При большом избытке ацетилена пламя начинает коптить – избыточный ацетилен разлагается на углерод и водород. Углерод поглощается расплавленным металлом шва и ухудшает его качество. Температура науглераживающего пламени ниже нормального. Характер пламени выбирается в зависимости от свариваемого металла. Так, например, при сварке чугуна и наплавке твердых сплавов применяется науглераживающее пламя, а при сварке латуни - окислительное пламя.
|
