Газовая сварка и резка металлов

Лабораторная работа №4

1. Газовая сварка и резка металлов

1.1. Основные понятия

При газовой сварке для расплавления металла применяют высокотемпературное пламя, которое получается при сжигании горючего газа в кислороде на выходе из мундштука горелки. В качестве горючего газа используется чаще всего ацетилен (С₂Н₂), вследствие его технико-экономических преимуществ, одним из которых является наиболее высокая температура пламени (3150⁰ С). Таким пламенем можно сваривать углеродистые и низколегированные стали толщиной 0,5 - 12мм.

С₂Н₂ - это бесцветный газ с характерным запахом, благодаря примесям сернистого и фтористого водорода. Он взрывоопасен.

Иногда для сварки и, особенно для резки используют другие горючие газы. В этих случаях кислород способствует интенсивному горению горючего газа и получению высокой температуры сварочного пламени.

1.2. Строение газосварочного пламени

Ацетилено-кислородное пламя бывает нормальным, окислительным науглероживающим. Тип пламени достигается соотношением газов, которое регулируется вентилями. Для образования пламени при использовании инжекторной горелки, необходимо сначала открыть кислородный вентиль, а затем ацетиленовый.

Нормальное пламя (рис.4.1) достигается подачей в горелку 1,1÷1,2 объема кислорода на один объем С₂Н₂:

• первая зона представляет собой смесь С₂Н₂ с кислородом, истекающая из горелки. Она видна в пламени как белое яркое пятно (ядро);

• вторая зона представляет собой результат неполного сгорания С₂Н_2. Она видна в пламени как слабо-фиолетовый ореол первой зоны и характеризуется наличием свободного водорода и окиси углерода. Вторая зона называется восстановительной;

• третья зона (факел) имеет пурпурно-фиолетовый цвет и называется окислительной зоной.

Рисунок 4.1. Строение газосварочного

пламени

Окислительное пламя образуется при чрезмерном избытке кислорода. При этом резко сокращается пламя, ядро заостряется, вторая зона пропадает. Окислительное пламя при сварке не применяется, но пригодно для резки.

Науглероживающее пламя получается при избытке С₂Н₂. При этом пламя и ядро увеличивается, вторая зона пропадает, и пламя становится коптящим. Имеющийся свободный углерод второй зоны будет вступать в реакцию с ванной жидкого металла и будет науглероживать ее. Это пламя применяется для сварки чугунов, цветных металлов и некоторых сталей.

1.3. Оборудование и инструмент газовой сварки

В оборудование поста газосварщика входят: газовые или ацетиленовые баллоны, ацетиленовые генераторы, газовые редукторы, сварочные горелки, шланги для подвода газов и стол.

Газовые баллоны наиболее распространены водяной емкости 40л, диаметром 214÷220 мм, высотой 1390 мм и весом 50÷60 кг. Газовая емкость баллона 6 м³ при давлении 15 МПа. Окрас баллонов зависит от транспортируемого газа: кислород – голубой цвет с надписью черными буквами; С₂Н₂ – белый цвет с надписью красными буквами. Ацетиленовый баллон конструктивно отличается от кислородного тем, что он заполняется пористой массой, пропитанной ацетоном, а для уменьшения взрывоопасности имеет стальной вентиль.

Газовые редукторы применяют для питания сварочных постов газом из баллона. Они снижают давление газа до рабочего, поддерживают его постоянным и обеспечивают легкую регулировку рабочего давления.

Редукторы бывают прямого и обратного действия, различие между которыми состоит в том, что в первом случае газ из камеры высокого давления стремится открыть клапан, закрывающий отверстие камеры низкого давления, а во втором случае – закрывать клапан. Редукторы окрашены в цвет баллона, снабжены двумя манометрами, один из которых показывает давление газа в баллоне, другой – рабочее давление газа.

Ацетиленовые генераторы предназначены для получения С₂Н₂ разложением водой карбида кальция СаС₂ по реакции:

СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са (ОН)₂ +Q

Теоретически для разложения 1 кг СаС₂ надо затратить 0,37м³ С₂Н₂ , 1,156 кг гашеной извести и более 400 ккал тепла.

Ацетиленовые генераторы различаются:

• по производительности: от 1 до 80 м³/ч;

• по ряду установок: стационарного и передвижного типа;

• по принципу взаимодействия карбида кальция с водой: вода на карбид, вода на карбид –вытеснение, карбид в воду, вытеснение, сухого разложения.

На рисунке 4.2 приведена схема ацетиленового генератора системы вода на карбид. Воду периодически подают на карбид, который находится в корзинке 1. Корзинку помещают в горизонтальную цилиндрическую реторту 2, герметически закрывающуюся снаружи. На пути следования газа от генератора к сварочной горелке устанавливают предохранительные водяные затворы 3, предотвращающие проникание кислородно-ацетиленового пламени в ацетиленовый генератор при его обратном ударе.

Рисунок 4.2. Схема ацетиленового

генератора системы вода на карбид

На рисунке 4.3 предоставлена схема стационарного ацетиленового генератора низкого давления типа ГНВ - 1,25, производительностью 1,25 м₃/ч. Генератор состоит из верхней и нижней частей, разделенных перегородкой 6. В нижней части вварена реторта 3, в которой находится корзина 2 для карбида кальция. Имеются также вытеснитель 11, измеритель уровня воды 8, шланги для подачи воды 4 и отвода ацетилена 10, краны для воды 5 и газа 12. Все генераторы снабжены предохранительными водяными затворами.

Для подготовки генератора к работе необходимо открыть крышку 1 реторты и загрузить карбид кальция в корзину, после чего плотно закрыть крышку. Закрыть кран 5 и открыть кран 12. Корпус генератора заполняется водой до уровня шайбы-измерителя 8.

Для пуска генератора необходимо закрыть кран 12 и открыть кран 5. Вода через шланг 4 попадает в реторту и смачивает карбид кальция, а образующийся С₂Н₂ через трубку 7 собирается в газосборнике 15, из него по трубе 9 при открытом кране 12 поступает в предохранительный водяной затвор и далее идет к сварочной горелке.

Рисунок 4.3. Схема стационарного ацетиленового

генератора типа ГНВ - 1,25

В процессе выполнения газовой сварки возможны обратные удары. Обратный удар - это распространение взрывной волны или пламени в направлении от горелки к источнику горючего газа. Причинами обратного удара могут быть:

• значительный избыток кислорода (большое давление, при котором скорость сгорания горючего газа превышает скорость истечения газа из горелки);

• закупорка мундштука наконечника горелки. Это происходит в результате разбрызгивания металла и попадания горячей капли в выходное отверстие мундштука;

• нагрев наконечника, при котором С₂Н₂ взрывается внутри горелки.

Для защиты генераторов от обратных ударов применяются предохранительные, чаще всего водяные, затворы. Действие водяного затвора открытого и закрытого типов основано на том, что взрывная волна и пламя, движущиеся навстречу потоку горючего газа, выводятся в атмосферу или гасятся внутри затвора.

Для стационарного ацетиленового генератора типа

ГНВ - 1,25 используется водяной затвор открытого типа. Затвор через воронку 13 заполняют водой до уровня контрольного крана 19. При нормальной работе С₂Н₂ проходит по газоотводной трубке 17, находящейся в предохранительной трубе 14 корпуса 16, через слой воды и накапливается в верхней части корпуса. Для предотвращения выхода газа в атмосферу служит рассекатель 20. Из верхней части С₂Н₂ через ниппель 18 поступает к сварочной горелке. При обратном ударе взрывная волна давит на воду, которая заходит в отверстие 21 газоподводящей трубки и создает водяную пробку, преграждая доступ взрывной волны в газопроводящую трубку. Смесь сгорающего газа с водой поднимается через зазор между газопроводящей и предохранительной трубками в воронку. Газ выходит в атмосферу, а вода возвращается в корпус. После каждого удара надо проверять уровень воды в затворе и, в случае надобности, доливать ее.