0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газы образуемые при сварке

Взаимодействие сварочной ванны с газами при газовой сварке

В процессе газовой сварки газы в сварочную ванну попадают из пламени и окружающей атмосферы как непосредственно, так и в результате протекающих там химических реакций.

Процесс растворения газов в жидком металле может быть разбит на три стадии:

  • поглощение атомов газов поверхностью металла;
  • взаимодействие этих газов с металлом поверхностных слоев;
  • диффузия образовавшихся продуктов в глубь жидкой ванны.

Источниками кислорода и водорода являются воздух, флюсы, защитные газы, а также оксиды, поверхностная влага и другие загрязнения основного и присадочного металла. Азот попадает в зону сварки главным образом из воздуха. Характер взаимодействия газов с различными металлами различен.

Свойства металла шва в большей степени определяются процессами окисления и раскисления, которые происходят в сварочной ванне при взаимодействии газовой и шлаковой фаз с жидким металлом. В сварочной ванне в зоне высоких температур происходит распад молекул газа на атомы (диссоциация).

Активность газов в атомарном состоянии резко повышается. Находящийся в газовой фазе молекулярный и атомарный кислород соединяется с металлом сварочной ванны. Одновременно происходит окисление примесей и легирующих элементов, содержащихся в металле. В первую очередь окисляются элементы, обладающие большим сродством к кислороду. Железо с кислородом образует три соединения: оксид FeO, содержащий 22,7% О2, оксид Fe3О4, содержащий 27,64% О2, и оксид Fe2О3, содержащий 30,06% O2. Из всех трех оксидов растворимы в железе FeO и Fe3О4. В твердом железе растворимость кислорода невелика. Если жидкий металл имеет элементы раскислители, которые имеют большее сродство к кислороду, чем металл сварочной ванны, то в этом случае концентрация кислорода в сварочной ванне может быть значительно уменьшена за счет элементов раскислителей.

Водород также растворяется в большинстве металлов. Он может находиться в составе газовой фазы в молекулярном или атомарном состоянии, это зависит от температуры. При более высоких температурах молекулярный водород диссоциирует на атомарный и ионизированный. Водород — вредная примесь, так как является причиной пор, микро- и макротрещин в шве и зоне термического влияния. Применяются два способа борьбы с водородом: физический — это защита сварочной ванны от компонентов, содержащих водород (сушка, прокалка материалов, удаление ржавчины и др.), химический — перевод водорода из растворимого состояния в нерастворимое.

Азот, как и водород, в зависимости от температуры может находиться в молекулярном, атомарном и ионизированном состояниях. Основным источником азота в сварочной ванне является окружающий воздух. Азот растворяется в элементах, с которыми образует соединения, называемые нитридами. Азот не растворяется в меди, никеле, золоте, серебре и не образует с ними химических соединений. Азот способствует образованию пор в металле шва.

Углерод, содержащийся в сварочной ванне, является хорошим раскислителем. В сварочной ванне он присутствует в виде углекислого газа. Образующийся оксид углерода СО в металле шва не растворяется, в процессе кристаллизации сварочной ванны он выделяется и образует поры.

Удаление избыточного количества вредных примесей и газов из металла шва называют рафинированием металла.

В сталях вредными газами и примесями являются азот N2, водород Н2, кислород О2, сера S, фосфор Р и др. Рафинирование выполняют с помощью окислительно-восстановительных процессов. Легирование металла шва можно получить расплавлением присадочной проволоки либо введением в покрытие или флюс порошкообразных металлических добавок. При расплавлении сварочного флюса и электродного покрытия сердечника порошковой проволоки образуется шлак. В расплавленном состоянии металл и шлак представляют собой несмешивающиеся жидкости. Шлаки не растворяются в металлах (кроме некоторых элементов, их составляющих). Сварочные шлаки, которыми покрыт расплавленный металл, защищают его от вредного воздействия воздуха, предохраняют расплавленные капли электродного металла от воздуха при их прохождении через дуговой промежуток. Кроме того, в результате химического взаимодействия между металлом и шлаком шлак раскисляет металл сварочной ванны, растворяет вредные примеси, легирует металл шва, накапливая теплоту, замедляет охлаждение металла шва, что способствует улучшению его качества. В зависимости от элементов, составляющих шлак, его химическое воздействие на жидкий металл может быть окисляющим или раскисляющим.

Читать еще:  Барный стол для балкона своими руками

Для получения необходимых свойств металла шва важное значение имеют физические и технологические свойства шлака. Сварочный шлак должен обладать меньшей температурой плавления, чем основной металл (примерно на 200- 350°С). Это необходимо для того, чтобы шлак в расплавленном состоянии полностью покрыл всю поверхность сварочной ванны (эффективное защитное действие шлака, улучшается формирование шва). Шлак должен иметь плотность меньше, чем плотность основного металла; хорошую жидкотекучесть для быстрого протекания в нем химических процессов; способность защищать расплавленный металл от воздуха и вместе с тем легко пропускать газы, выделяющиеся из ванны металла; хорошую растворимость различных соединений; минимальное количество вредных примесей; способность легко отделяться от металла сварочного шва в твердом состоянии.

Шлаковые включения в металле шва отрицательно влияют на его свойства. Они являются результатом присутствия в электродных покрытиях и флюсах кварца SiO2 и корунда Аl2O3 легкоплавкие включения. В металл шва из покрытий и флюсов может переходить сера, образующая соединение с железом (сульфид железа FeS). Такое соединение повышает склонность металла шва к появлению трещин при высоких температурах. К неметаллическим включениям относятся также химические соединения азота с металлами. При дуговой сварке сталей наибольшее влияние на свойства металла шва оказывают химические соединения азота с железом. Они обладают высокой твердостью и резко снижают пластические свойства металла.

Шлаковые включения делают металл неоднородным, ухудшают его свойства. По химическому составу шлаковые включения отличаются от наплавленного металла, что способствует появлению коррозии. Для снижения содержания шлаковых включений в металле сварочного шва зачищают поверхности в местах сварки; удаляют ржавчину, окалину и загрязнения со свариваемых поверхностей; зачищают поверхности сварных швов при многослойной сварке; увеличивают толщину слоя флюса для замедления скорости охлаждения сварного шва при сварке под флюсом; вводят в состав электродных покрытий и флюсов элементы, снижающие температуру плавления оксидов и образующие соединения, легко всплывающие в металле и удаляемые вместе со шлаковой коркой.

Газы используемые при газовой сварке

Газовая сварка: какие газы используются

Газовая сварка — плавление кромок соединяемых деталей в высокотемпературном пламени горелки с формированием шва. Выбор газа для сварки зависит от множества факторов:

  • соединяемого металла;
  • желаемой формы шва;
  • типа газового оборудования;
  • условий работы;
  • свойств химического состава;
  • необходимой температуры плавления.

Давайте перечислим, какие газы используются в газовой сварке: это может быть ацетилен, МАФ, пропан, бутан, бензол, керосин, кислород, коксовый и углекислый газы и другие. Наиболее активно используется ацетилен, который при наличии кислорода дает температуру в 3 тысячи градусов.

Ацетилен

Чистый ацетилен (С2Н2) — бесцветный, с резким запахом чеснока, оставляющий сладковатый привкус во рту при вдыхании. Он легкий (легче воздуха) и достаточно вредный для человека. Ацетилен можно получать либо на месте (соединять карбид кальция с водой), либо везти его готовый в газовых баллонах. Карбид кальция — это твердое кристаллическое вещество, образуется путем плавления извести и кокса при температуре 19002300С. При больших объемах работ выгодно, когда используются ацетиленовые генераторы, в остальных же случаях удобно забирать ацетилен из баллонов. К преимуществам этого газа можно отнести высокую температуру горения, простоту получения, удобство регулирования. К недостаткам относят его взрывоопасность и немалую стоимость.

Заменители ацетилена

К газам-заменителям С2Н2 относятся пропан и пропан-бутановая смесь, водород, коксовый газ, бензин, керосин. Они обладают достаточно высокими теплотворными способностями. Однако для качественной работы требуется больше кислорода, а t пламени при этом все равно ниже, чем у ацетилена. Поэтому пропан, бутан и другие варианты используются чаще при изготовлении металлоконструкций из цветных, легкоплавких металлов. Сталь соединить ими трудно.

Читать еще:  Аппарат для сварки полипропиленовые трубы для отопления

Кислород

Это катализатор горения, который должен использоваться при газовой сварке независимо от выбранного газа. Подаваемый в горелку кислород в идеале должен быть абсолютно чистым. От этого зависит максимальная температура, которая образуется во время работы, что влияет на качество швов. Технический кислород имеет 3 сорта чистоты: от 99,7% до 99,2%. Чем он качественнее, тем выше скорость газовой сварки и меньше расход.

Газообразный кислород бесцветный и прозрачный, без запаха и вкуса, тяжелее воздуха. Его получают при помощи глубокого охлаждения из воздуха, либо методом электролиза из воды. Он может храниться и использоваться в газообразном состоянии в баллонах или в танках, в жидком виде. При избытке О2 шов металла окисляется, что снижает прочность изделия. Поэтому важно контролировать процентное соотношение газообразных веществ.

Углекислый газ

Углекислый газ (СО2) имеет сильный запах и ярко выраженные окислительные свойства. Хорошо растворяется в воде и весит в полтора раза больше воздуха. Различают 3 сорта вещества, которые используются при соединении чугунных, углеродистых металлов и сплавов, коррозийных сталей и низколегированных конструкций.

Защитные элементы

При газовой сварке используются также инертные газы, которые служат защитой сварочной ванны от воздуха. Они не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем, у них нет цвета и запаха.

  • Аргон. Негорючий, тяжелее воздуха в 1,5 раза. Высший сорт используется для аргонодуговой сварки активных, редких металлов и сплавов. Первый подходит для алюминиевых и стальных изделий.
  • Гелий. Легче воздуха. Рекомендуется для газовой сварки чистых и активных металлов, а также алюминия и стали.
  • Азот. Применяется для меди и сплавов из нее. Различают 4 сорта азота с разной долей содержания вещества.

Улучшают процесс и качество шва при изготовлении металлоконструкций сварочные смеси: гелий с аргоном, аргон с кислородом или/и углекислым газом-помощником и другие.

Газы для газовой сварки и резки металлов. Газовые смеси для сварки

В качестве горючих газов для газовой сварки применяют ацетилен, водород, природный газ и другие. Также применяются газовые смеси для сварки, такие как нефтяной газ, пропанобутановая газовая смесь, пиролизный газ. Кроме того, для газовой сварки используют пары горючих жидкостей — бензина и керосина.

В таблице представлены наиболее распространенные газы и газовые смеси для газовой сварки и газовой резки, указаны их основные свойства и область применения:

Выбор того, или иного газа для сварки зависит не только от температуры пламени, но и от количества теплоты (теплотворной способности), которое получается при его сгорании. Коэффициент замены ацетилена, указанный в таблице, это отношение расхода газа-заменителя к расходу ацетилена при одинаковой эффективной тепловой мощности. Данный коэффициент необходим, если потребуется заменить ацетилен другим горючим газом.

Ацетилен для газовой сварки

Ацетилен — один из самых распространённых газов, применяемых для газовой сварки. Наибольшее распространение ацетилен получил из-за того, что ацетиленокислородное газовое пламя имеет наибольшую температуру, по сравнению с другими горючими газами и газовыми смесями (см. таблицу выше).

Ацетилен образуется при взаимодействии карбида кальция CaC2 с водой. Карбид кальция способен поглощать влагу из атмосферы и разлагаться под её воздействием. Поэтому, его хранят в герметичных барабанах из кровельной стали. Вместимость таких барабанов составляет 100-130кг. Получают карбид кальция при сплавлении в электропечах кокса и обожжённой извести:

CaO + 3C = CaС2 + CO

Ацетилен С2Н2 представляет собой химическое соединение углерода с водородом. Для получения ацетилена используют ацетиленовые генераторы, в которые загружают карбид и воду. Химическое взаимодействие карбида кальция и воды протекает интенсивно, с большим выделением теплоты Q:

Из 1кг карбида кальция можно получить до 300л ацетилена. При нормальных условиях ацетилен бесцветен и обладает резким специфическим запахом. Ацетилен легче воздуха, его плотность составляет 1,09кг/м3.

Ацетилен взрывоопасен, если он находится в смеси с воздухом и его концентрация составляет 2,2-81% по объёму. В смеси с кислородом ацетилен взрывоопасен, при его концентрации 2,8-93% по объёму. Наиболее взрывоопасны ацетиленокислородные смеси, содержащие 7-13% ацетилена.

При растворении в жидкости взрывоопасность ацетилена существенно снижается. На практике ацетилен растворяют в ацетоне, 1л которого способен растворить до 20л ацетилена. Об этом мы говорили в статье: «Газовые баллоны для сварки. Газосварочные баллоны».

Читать еще:  Водопровод для своего дома из каких материалов

Кроме карбида кальция, источниками ацетилена являются природный газ, нефть и уголь. Полученный из природного газа, ацетилен называется пиролизным.

Водород для газовой сварки

Водород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. При смешивании с кислородом или воздухом образует «гремучий газ», который является взрывоопасным. Поэтому, в случае применения водорода для сварки металлов, необходимо строго придерживаться правил безопасности при его хранении, транспортировании и использовании.

Водород хранят и транспортируют в стальных газосварочных баллонах при давлении, не превышающем 15МПа. Получить его можно, разлагая воду на водород и кислород при помощи электролиза. Также водород синтезируют в специальных водородных генераторах путём химической реакции серной кислоты H2SO4 и цинка, либо железной стружки. При этом образуются сульфаты цинка или железа, а освободившийся водород скапливается внутри генератора.

Коксовый газ для сварки

Коксовый газ представляет собой бесцветную смесь горючих газов с резким запахом сероводорода. Получают коксовый газ в процессе выработки кокса из каменного угля. В состав коксового газа входят водород, метан и другие углеводороды. Транспортировка этого газа происходит по трубопроводам.

Городской газ и природный газ для сварки

Городской газ состоит из нескольких газов: метан 70-95%, водорода, объёмная доля которого может достигать 25%, тяжёлых углеводородов с их объёмной долей до 1%, азота 3% и углекислого газа до 1%. Транспортирование городского газа происходит по трубопроводам под давлением 0,3МПа.

Природный газ добывается из газовых месторождений. Его основой является метан СН4, содержание которого в природном газа составляет 93-99%.

Нефтяной газ, природный газ и пропанобутановая смесь для газовой сварки

Пиролизный газ представляет собой смесь горючих газов, образующихся при распаде нефти, мазута и других нефтепродуктов при воздействии на них высоких температур. В состав пиролизного газа входят сернистые соединения, которые вызывают коррозию мундштуков в газовых сварочных горелках. Поэтому, перед применением этот газ проходит тщательную очистку.

Нефтяной газ — является побочным продуктом нефтеперерабатывающих предприятий. Он используется, в основном, для резки и сварки металлов малой толщины и для сварки цветных металлов.

Пропанобутановые смеси являются бесцветными смесями, не имеющими запаха. Состоят они из пропана С3Н8 и бутана С4Н10. Эта смесь обладает наибольшей теплотворной способностью, т.е., при её сгорании выделяется наибольшее количество теплоты.

Бензин и керосин для газовой сварки

Бензин и керосин являются продуктами переработки нефти. Они представляют собой бесцветные жидкости со специфическим запахом и легко испаряются. Применяют их при газопламенной обработке, подавая их в виде паров. Для этого в сварочных резаках или горелках предусматривают специальные испарители, которые преобразуют бензин и керосин из жидкого состояния в парообразное. Испарители нагреваются от вспомогательного пламени или при помощи электричества.

Кислород для газовой сварки

Кислород для газовой сварки необходим, чтобы обеспечить сгорание горючих газов или паров горючей жидкости. Кислород несколько тяжелее воздуха и его плотность составляет 1,33кг/м3. Кислород очень активен химически и он поддерживает горение газов при газовой сварке, образовывая, при этом, большое количество теплоты.

Кислород хранят и транспортируют в кислородных газовых баллонах под давлением 15МПа. Баллон объёмом 40л способен под давлением 15МПа хранить до 6м3 кислорода. Кроме газовых баллонов, кислород может поставляться к месту сварки в жидком состоянии в специальных ёмкостях.

Для переходя жидкого кислорода в газообразный, применяют газификаторы и насосы с испарителями для жидкого кислорода. К сварочным постам для газовой сварки кислород подаётся по газопроводу. Транспортировка кислорода в газообразном состоянии позволяет уменьшить объём транспортировочной тары, приблизительно, в 10 раз, т.к. из 1л жидкого кислорода, при нормальных условиях, получается 860л газообразного кислорода.

Согласно ГОСТ 5583, для газокислородной сварки и резки металлов применяют технический кислород, который бывает трёх сортов. Первый сорт имеет чистоту 99,7% кислорода. Второй сорт с чистотой 99,5 кислорода. Третий сорт содержит не менее 99,2% кислорода по объёму.

Чистота кислорода имеет большое значение для газовой сварки и резки металлов. При снижении чистоты кислорода на 1%, качество сварки снижается и увеличивается расход кислорода, приблизительно на 1,5%.

Источники:

http://weldering.com/vzaimodeystvie-svarochnoy-vanny-gazami-gazovoy-svarke
http://kra-ber.ru/gazy-ispolzuemye-pri-gazovoj-svarke/
http://taina-svarki.ru/sposoby-svarki/gazovaya-svarka/gazy-dlya-gazovoy-svarki.php

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector