Давление газа и кислорода при сварке

Давление газа и кислорода при сварке

ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ

Ознакомиться с оборудованием, применяемыми материалами и технологией газовой сварки.

В соответствии с вариантом задания (прил. 1) для газовой сварки малоуглеродистой стали в нижнем положении описать технологию, подобрать режим сварки, рассчитать полный расход горючего газа.

1. Основные положения

При газовой сварке расплавление кромок свариваемого изделия и присадочной проволоки осуществляется теплом, выделяющимся при сжигании горючего газа в смеси с кислородом. Газовую сварку применяют при изготовлении сварных изделий из тонколистовой стали, медных и алюминиевых сплавов, при исправлении дефектов в чугунных и бронзовых отливах, а также при различных ремонтных работах.

Кислород, используемый для сварочных работ, получают из воздуха методом глубокого охлаждения и поставляют к месту потребления в стальных баллонах голубого цвета с черной надписью ” Кислород ” . Водяная емкость баллона 40 литров и при давлении 15 МПа он вмещает 6 м 3 газообразного кислорода.

В качестве горючих газов могут быть использованы ацетилен, водород, природный и нефтяной газ, пары бензина и керосина. Наибольшее применение получил ацетилен, так как он дает при горении в технически чистом кислороде самую высокую температуру пламени, достигающую 3150 ° С.

Ацетилен (С ₂ Н ₂ ) – бесцветный газ с характерным запахом, воспламеняется при 420 ° С, становится взрывоопасным при сжатии свыше 0,18 МПа, а также при длительном соприкосновении с медью и серебром. Ацетилен получают в ацетиленовых генераторах при взаимодействии карбида кальция с водой:

К месту сварки ацетилен поставляется в стальных баллонах вместимостью 40 литров, в которых при максимальном давлении 1,9 МПа содержится примерно 5,5 м 3 газа. Для обеспечения безопасного хранения и транспортировки ацетилена, баллон заполнен пористым активированным углем, который пропитан ацетоном. В одном объеме ацетона растворяется 23 объема ацетилена. Баллон окрашен в белый цвет с надписью “Ацетилен” красного цвета.

Схема газового поста с питанием от баллонов показана на рис.1.

Рис. 1. Схема газосварочного поста с питанием от баллонов:
1 – сварочная горелка; 2 – гибкий шланг; 3 – редуктор;
4 – баллон с ацетиленом; 5 – баллон с кислородом

К вентилям баллонов крепятся газовые редукторы, которые предназначаются для снижения давления газа, поступающего из баллона к горелке, и поддержания постоянства установленного давления во время работы. Газовые редукторы имеют обычно два манометра, один из которых измеряет давление газа на входе в редуктор, второй – на выходе из него. Редукторы для различных газов отличаются лишь устройством присоединительной части, которая соответствует устройству вентиля соответствующего баллона и исключает ошибочную установку, например, ацетиленового редуктора на кислородный баллон. Корпус редуктора окрашивают в определенный цвет, например, голубой для кислорода, белый для ацетилена. К сварочной горелке кислород и ацетилен от редукторов подаются через специальные резиновые шланги.

Газосварочные горелки служат для смешивания в требуемой пропорции кислорода и ацетилена, подачи горючей смеси к месту сварки и создания концентрированного пламени требуемой мощности. По принципу действия горелки подразделяются на инжекторные и безинжекторные (рис. 2). В инжекторных горелках поступление горючего газа (ацетилена) происходит за счет подсоса его струей кислорода, который, вытекая с большой скоростью из сопла инжектора, создает разряжение в каналах, по которым поступает ацетилен. Давление кислорода должно быть при этом равным 0,2 – 0,4 МПа, а давление ацетилена на входе в горелку может быть 0,001 – 0,002 МПа.

Рис. 2. Схемы ацетиленовых горелок:
а – инжекторные; б – безинжекторные; 1 – ствол горелки; 2 – гайка;
3 – наконечник; 4 – мундштук; 5 – смесительная камера; 6 – инжектор;
7 – вентиль; 8 – штуцер присоединительный

Горелки этого типа имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий инжектора и мундштука, что позволяет регулировать в широких пределах мощность ацетилено – кислородного пламени, поддерживая достаточно высокую скорость истечения газов из горелки. Наиболее распространенные инжекторные горелки “Звезда” и ГС – 3 имеют семь номеров сменных наконечников (табл. 1).

Техническая характеристика инжекторных горелок “Звезда” и ГС – 3

Технология газовой сварки и принцип работы

Газовая сварка — это работа, в которой при помощи высокой температуры изделие нагревается и расплавляется до мягкого состояния. Такой вид сварки часто применяется для конструкций из тонкой углеродистой стали, для ремонта чугунной продукции, а также для заварки повреждённых деталей из чёрных или цветных металлов.

Особенности газовой сварки

Газы, которые отлично горят в воздухе и при этом не достигают высокой температуры: ацетилен; метан; пропан; водород; пары бензина.

Чтобы они сгорели, понадобится кислородная струя. Сварка чаще всего проводится на основе ацетилена, который вырабатывается при реакции карбида кальция и воды. Горение происходит при температуре от 3200 до 3400 градусов Цельсия.

К ценным качествам газосварки относят следующие:

• доступность;
• ненужность наличия электричества;
• простоту сварочного оборудования.

Однако, процесс такой работы нельзя назвать высокопроизводительным, так как всё выполняется вручную. А эксплуатационные и механические свойства готового изделия не всегда соответствуют высокому качеству.

При работе сварочного аппарата, кислород подаётся из специального кислородного баллона, который по ГОСТу окрашивается в голубой или синий цвет. Чтобы обеспечить беспрерывный процесс, кислород должен подаваться на горелку при слабом давлении, равномерно.

Для таких целей баллоны комплектуются редукторами, которые контролируют и регулируют подачу кислорода. К горелке подводятся шланги — кислородный и ацетиленовый. Кислород подают по центральному каналу: струя разряжается, засасывает ацетилен, который поступает под небольшим давлением в горелку. В камере газы перемешиваются и выходят из наконечника наружу.

Технология и способы газовой сварки

Чтобы выполнить сварку и получить качественное соединение, надо уделить особое внимание подготовке кромок шва, способу соединения, выбору горелки (её мощность должна совпадать с параметрами свариваемого металла).

А также требуется металлической щёткой тщательно почистить края, подлежащие свариванию, чтобы не было загрязнений, окалины, шлака. Ещё произвести прихватку кромок для предотвращения деформации металла. Существует несколько способов сварки.

Левая (наиболее применяемая). Нужна для работы с легкоплавкими, тонкими конструкциями. Горелку двигают справа налево, впереди пламени проводят присадочную проволоку и направляют на несваренный отрезок шва. Правая характерна тем, что горелку введут слева направо и за горелкой двигают присадочную проволоку.

Жар пламени почти не рассеивается и угол открытия шва составляет 60-70 градусов. Считается целесообразней использовать правую при соединении металла толщиной свыше 3 мм и с высокой теплопроводностью. Советуют пользоваться присадочной проволокой с диаметром в половину толщины свариваемого полотна.

Сквозной валик. Листы крепятся вертикально зазору, который равен ½ толщины листа. При помощи горелки оплавляется кромка так, чтобы получилось круглое отверстие. Затем его со всех сторон расплавляют, пока не сварится шов.

Сварка ванночками подходит для крепления углов и стыков металла, толщина которых не превышает 3 мм. В образовавшуюся ванночку на шве вводится конец присадочной проволоки. Её слегка расплавляют и перемещают на другой отрезок шва. Такой вид сваривания подходит для тонких листов и труб из стали (низколегированной и малоуглеродистой) и даёт шов отличного качества.

Многослойная сварка: небольшая зона нагрева; нижележащие слои обжигаются при наплавке следующих; можно проковать любой шов перед следующим слоем.

Это повысит качество шва, но будет небольшая производительность: большой расход газа, в сравнении с однослойной сваркой, и применяется только при необходимости изготовления качественных изделий.

При работе горизонтальным швом пользуются правым способом. Это помогает легко его сформировать, а расплавленный металл ванночки не стекает. Левым способом ведётся сварка наклонных и вертикальных швов.

При толщине материала свыше 5 мм применяют двойной валик. Потолочные швы требуют нагревания кромок, пока те не расплавятся, потом в ванночку прокладывается присадочная проволока, у которой быстро оплавляется конец. Процесс проводится правым способом.

Необходимое оборудование

Аппараты, используемые для газовой сварки: ацетилено-кислородные; пропано-кислородные; бензинно-кислородные; керосино-кислородные.

Наиболее используемые для сварочных работ — пропановые и ацетилено-кислородные аппараты, так как они при горении выделяют самую большую температуру.

Чаще используются ацетиленовые генераторы, которые выделяют ацетилен при смешивании воды и карбида кальция. Такой вид генератора существует в пяти типах, поэтому легко подобрать нужный вариант, для конкретного металла.

Немаловажную роль играют предохранительные затворы. Они обеспечивают безопасность, предотвращают проход обратного удара огня, возникающего при сварке. А также клапаны перекрывают обратный поток газа по резиновым шлангам.

Баллон — цилиндрическая ёмкость с отверстием и резьбой в горловине для вкручивания запорного вентиля. Производится из углеродистой или легированной стали. По ГОСТу окрашивается краской специального цвета, в зависимости от газа.

Вентиля для газовых баллонов производятся из латуни (так как сталь неустойчива к коррозии), обязательно с левой резьбой, меньшего диаметра, по сравнению с вентилем кислородного баллона (для того, чтобы не было возможности перепутать редукторы).

Виды редукторов

1. Газовый редуктор — это устройство для контроля давления газа. Для газосварки и резки понадобятся разные типы редукторов.
2. Кислородные применяют при сварке металлов и газовой сварки. На него наносится голубая маркировка. Подлежит использованию в агрессивной среде, так как не боится коррозии.
3. Ацетиленовые редукторы прикрепляются к баллону накидным хомутом и маркируются белым цветом. К данному виду редуктора прилагаются два манометра: один следит за давлением газа в баллоне, второй — за давлением в рабочей камере.
4. Углекислотные редукторы широко применяются в химической и пищевой промышленностях. Комплектуются одним или двумя манометрами и подключаются к вертикальному манометру.
5. В аргонодуговой сварке применяются аргоновые редукторы, работающие с негорючими газами.
6. Газовые горелки используются во всевозможных отраслях промышленности. Все горелки по своей конструкции похожи. Каждая состоит из корпуса, к которому прикрепляется несколько деталей: вентиль, контролирующий подачу газа; рычаг, контролирующий высоту огня; наконечник.

При помощи редуктора выполняется соединение с баллоном. Горелка может комплектоваться пьезоподжигом и ветрозащитой.

Горелка при работе с пропаном отличается своей безопасностью. Поддерживает высокую температуру огня, которой достаточно для большого количества сварочных работ. Некоторые виды сварки проводятся ацетиленовыми горелками при смеси кислорода и ацетилена.

Газовые резаки

Выделяют следующие виды газовых резаков:

Изделие состоит из рукоятки, корпуса, ниппелей (к ним крепятся газовые шланги), инжектора, трубки, смесительной камеры, головки газового резака, трубки с вентилем. Сварка металла и её качество зависят от того, насколько правильно подобрали резак.

Принцип: кислород подаётся в редуктор, далее, в шланг, попадает в корпус — резак разветвлён на два канала. Одна часть кислорода двигается через вентиль в инжектор. Газ выходит с огромной скоростью, в то же время подсасывает горючий газ.

Вступая в соединение с кислородом, образуется горючая смесь, которая движется между мундштуками и сгорает. Появляется подогревающий огонь. Кислород, двигающийся по второму каналу, проходит в трубку, отчего появляется режущая струя. Именно она обрабатывает участок материала.

Этапы сварки труб

Подготавливается металл, проводится зачистка, разметка, разрезаются и собираются трубы. Резка круглого сечения трубы должна выполняться термическим резаком.

Большую часть работы занимает именно подготовка. Это замеры, разметки, резка и многое другое. Сборку конструкции выполняют с помощью прихватки газовой сваркой, это предотвратит смещение и деформацию отрезков труб, что может сказаться на появлении трещин.

В результате неспешного нагрева зона воздействия при газосварке значительней, чем при дуговой. Пласты основного материала, непосредственно прилегающие к сварочной ванночке, постоянны и имеют крупнозернистую структуру.

У самой близости у границы шва располагается зона неполного расплавления металла с крупной структурой, типичной для ненагретого материала. В этой зоне прочность ниже, чем у металла шва, потому здесь и происходит разрушение сварочного соединения.

Резка проводится при использовании металлов и сплавов, которые могут гореть в струе чистого кислорода. Этот вид резки проделывается двумя способами: поверхностно и разделительно. Можно вырезать заготовки, разметить металл, разделать кромку будущего шва под сварку.

При помощи поверхностной резки удаляется поверхностный металл, заделываются канавки, удаляются дефекты. Такой вид работы выполняется специальными резакам

Техника безопасности

Газосварка — это работа, требующая повышенного внимания. Запрещено проводить вблизи легковоспламеняющихся и огнеопасных материалов (бензин, керосин, опилки, пакля, ветошь).

Если процесс происходит в помещении, то работнику необходимо периодически дышать свежим воздухом. Работа должна проходить в проветриваемом помещении.

Если проводится газопламенная обработка металла, помещение надобно вентилировать и удалять вредоносные газы. Сварка и резка проходят с дистанции до десяти метров от ацетиленовых генераторов и перепускных рамп.

Горелка, резак, шланги, редуктор, кислородный баллон ни в коем случае не должны быть испачканы в масле. Такая деталь, как наконечник или сопло, перегревается. Для снижения температуры, всегда рядом должно находиться полведра воды. В потухшем состоянии, наконечник охлаждают в воде.

Сварщик, на рабочем месте обязан быть в брезентовом костюме, перчатках, закрытой обуви. При себе иметь защитные очки, головной убор.

Карбидом не переполнять секции загрузочных коробок. В корпусе генератора контролировать наполненность водой. Запрещается работа с кислородным баллоном, если его давление ниже нормы, 10 кг. на сантиметр кубический. Огонь горелки направлять в противоположную источнику газопитания, сторону.

Газосварочные работы должны проводиться с обязательным соблюдением правил безопасности, жизнедеятельности и применением качественного оборудования. Эти требования помогут сделать процесс работы безопасным, а сварочные соединения металлов надёжными.

Газовая сварка: режимы сварки и их особенности. Параметры, определяющие выбор режима проведения работы

Газовая сварка – соединение металлических деталей путём нагрева мест соединения газовым пламенем.

Виды газовой сварки

Существуют правый и левый способы газовой сварки.

Левый способ

Применяя левый способ, работа выполняется справа налево. Вначале идёт присадочная проволока, а вслед за ней газовая горелка. Из-за этого пламя нацелено на ещё не соединённые кромки заготовок.

При таком методе обеспечивается хорошая видимость сварочного шва, в конечном итоге он будет выглядеть лучше, чем при правом способе.

Такой вид работы чаще всего применяют для легкоплавких и тонких деталей.

Правый способ

Данный метод подразумевает проведение работы слева направо. Пламя газовой горелки направлено на уже соединённый участок деталей. Впереди идёт горелка, которая плавит основной металл, а за ней следует присадочная проволока. Благодаря тому, что пламя направлено на формируемый сварочный шов, удаётся достичь массы положительных факторов:

• улучшенная защита сварочной ванны от попадания в неё кислорода;
• возрастает глубина, на которую проплавляется основной металл;
• свариваемый шов остывает дольше.

При таком методе работы удаётся снизить рассеивание теплоты. Это происходит из-за ограничения газового пламени: по бокам – кромками, а спереди – сварочным швом. При правом способе угол разделки шва составляет 60-70 градусов вместо 90. В результате снижается объём наплавляемого металла.

При правом способе удаётся снизить затраты газа на 15-20%, а производительность повышается на 20-25% по сравнению с левым.

Проведение работы вышеуказанным способом рекомендуется, если толщина соединяемых заготовок превышает 5 мм.

Режимы газовой сварки

Подбор режима газовой сварки зависит от множества факторов.

Для начала необходимо правильно подобрать газовую горелку. В ней в необходимых пропорциях смешивается кислород и ацетилен. С её помощью настраивается уровень пламени путём регулировки подачи горючих газов.

Бывают горелки безынжекторные и с наличием инжектора. На практике чаще всего применяются инжекторные. В таких горелках горючий газ подаётся под низким давлением в смесительную камеру, где проводится его инжектирование струёй кислорода.

Мощность сварочного пламени

Горелки отличаются в зависимости от мощности пламени:

• Г1 – микромалой мощности;
• Г2 – малой мощности с параметрами расхода ацетилена 25-700 л/ч и расходом кислорода 35-900 л/ч;
• Г3 – средней мощности, предполагающие подачу ацетилена 50-2500 л/ч, а кислорода 65-3000 л/ч;
• Г4 – повышенной мощности.

Мощность сварочного пламени определяется уровнем расхода ацетилена. Подбирать мощность необходимо исходя из температуры плавления свариваемого металла, его толщины, а также теплопроводности.

Для расчёта мощности используется формула: Q=A * h:

• расход ацетилена обозначается – Q и измеряется в м 3 /ч;
• толщина металла измеряется в миллиметрах и обозначается h;
• буква А обозначает коэффициент, описывающий затраты ацетилена на 1 мм свариваемого материала. Для стали коэффициент равен 0,10 – 0,12, для чугуна – 0,15, для алюминия – 0,10.

Исходя из соотношения кислорода и ацетилена, направленных в горелку, выделяют три типа пламени: нейтральное, окислительное и науглероживающее. В зависимости от нужных качеств наплавленного металла выбирают соответствующий тип пламени. Чаще всего применяется нейтральное пламя, которое обеспечивает наивысшие механические характеристики наплавленного металла. Иные типы пламени используются редко. Например, для легкоокисляющихся металлов применяется науглероживающее пламя.

Скорость сварки

При газовой сварке нужно соблюдать скорость проведения работы.

Для расчёта скорости используется формула: V =A / S, где:

Диаметр присадочной проволоки

В качестве присадочного материала может использоваться сварочная проволока, различные прутки или металлические гранулы. Диаметр присадочного материала рассчитывается по следующим формулам:

• d = S / 2+1 – при левом способе сварки;
• d = S / 2 – при правом способе сварки.

Если диаметр свариваемого металла превышает 15 мм, тогда диаметр присадочного материала должен быть не менее 6 мм.

Есть некоторые рекомендации для сварки разных металлов. Например, при газовой сварке сталей высокого качества работы получается достичь при использовании марганцевой и кремнемарганцевой проволок таких марок: Св-08ГС, Св-08ГА, Св-10Г2.

Для сварки чугуна используют прутки марок А и Б. Марка А используется в горячей сварке при разогреве всего изделия. Марка Б применяется в сварке с местным подогревом.

Угол наклона мундштука

Ещё одним важным параметром является угол наклона мундштука. Вместе с ростом толщины металла растёт и угол наклона. Рекомендуемые значения представлены в таблице.

Источники:

http://msun.ru/dir/kaf_tm/books/pats/lab3/lab3.html
http://tokar.guru/stanki-i-oborudovanie/gazovoe-oborudovanie/tehnologiya-gazovoy-svarki-i-princip-raboty.html
http://elsvarkin.ru/texnologiya/gazovaya-svarka-rezhimy/