Сварка

3.Пользуясьсправочниками, стандартамиирекомендациямиданной лабораторной работы, студенты устанавливают или определяют:

а) форму и элементы подготовки кромок стержней под сварку; б) для ручной дуговой сварки – тип и марку электрода, род тока,

полярность, диаметр электрода, силу сварочного тока; в) для механизированной сварки – скорость подачи проволоки, ее

диаметр, начальное напряжение дуги, длину вылета электрода, глубину шлаковой ванны, флюс и его дозу;

г) технику манипулирования электродом и электродной проволокой.

4.Студенты взвешивают стержни до сварки.

5.Под руководством учебного мастера собирают инвентарные формы и устанавливают их на сварочный стол.

6.Производят сварку стыков арматурной стали ручной дуговой

имеханизированной сваркой, фиксируя при этом время горения электрической дуги, расход электродов и электродной проволоки.

7.После окончания сварки и остывания расплавленного металла формы разбирают, а сварной шов очищают от шлака.

8.Взвешивают шлак и сваренные стержни.

9.Определяют массу наплавленного металла, расход электродов

иэлектроднойпроволокинастык, полноевремясварки. Расходэлектроднойпроволокирассчитываютисходяизтого, чтопотериметалланаугар

иразбрызгивание при сварке под флюсом составляют 2...5 % от массы наплавленного металла.

10.Оценивают удельный расход флюса по формуле

ф– масса флюса; Gн – масса наплавленного металла.

11.Визуально оценивают качество сварки – чешуйчатость поверхностисварного шва, трещины всех видов и направлений, наплывы, подрезы, не заваренные кратеры, непровары, пористость, отсутствие плавных переходов от одного сечения к другому.

12.Производятсравнениепроизводительностиручнойдуговойсвар-

ки и механизированной.где G

51

Содержание отчета

1.Цель и задачи работы.

2.Схема, сущность и достоинства ванной сварки стержней арматурной стали.

3.Выбор и расчет параметров ванной сварки.

4.Техника выполнения ванной сварки.

5.Результаты выполнения практической части работы.

6.Выводы по работе.

52

Лабораторная работа № 6

ГАЗОВАЯ СВАРКА

Цель лабораторной работы – ознакомление с сущностью процессов, способов, оборудованием и технологическими возможностями газовой сварки металлов и сплавов. При выполнении лабораторной работы необходимо:

1)изучить сущность и способы газовой сварки, ее достоинства, недостатки и рациональные области применения;

2)изучить устройство поста газовой сварки;

3)ознакомиться стехникой выполнения газовой сварки и экспериментально исследовать влияние состава газосварочного пламени на его взаимодействие с металлом;

4)ознакомиться с технологией газовой сварки.

Оснащение участка лабораторной работы:

оборудование – пост ацетилено-кислородной сварки, горелки различных марок, секундомер, весы, линейка металлическая, керн, молоток, зубило, слесарные тиски, оправка;

материалы – пластины из низкоуглеродистой стали толщиной 3…5 мм, пруткистальнойпроволокимаркиCв-08Адиаметром3…4 мм; плакаты– схемыпостагазовойсварки, устройствацетиленового и кислородного баллонов, ацетиленовых генераторов, газовых горе-

лок, редукторов, строение ацетилено-кислородного пламени; справочная литература – выписки из инструкций, справочни-

ки, ГОСТы.

1. Сущность и способы газовой сварки

Газовая сварка – это сварка плавлением, при котором для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки. Вкачествегорючихгазовдлясваркииспользуются: ацетилен(C2H2), пропан-бутановыесмеси(C3H8 + C4H10), природныйгаз, водород. Вкачестве окислителя используется кислород.

Напрактикенаибольшееприменениенаходитацетилено-кислород- наясварка, посколькуацетилендаетнаиболеевысокуютемпературупламени и выделяет наибольшее количество теплоты при сгорании.

53

Ацетилено-кислородноепламясостоитизтрехзон(рис. 6.1): ядра1, средней (восстановительной) зоны 2 и факела 3.

В зоне 1 происходит постепенный нагрев до температуры воспламенения газовой смеси, поступающей из мундштука, и разложение ацетилена на углерод и водород.

T, θС

3000

2000

1000

Рис. 6.1. Распределение температур по зонам сварочного пламени:

1– ядро; 2 – восстановительная зона; 3 – факел

Взоне 2 происходит первая стадия горения ацетилена за счет кислорода, поступающего вместе с ацетиленом из горелки. Эта зона имеет самуювысокую температуруиобладаетвосстановительнымисвойствами, поэтому зону 2 называют сварочной или рабочей.

Взоне 3 протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода. Этузонуназываютокислительной, таккак углекислый газ и пары воды, образующиеся в результате горения при высоких температурах, окисляют металл.

Ацетилен – кислородное пламя в зависимости от соотношения

всмеси количеств составляющих газов может быть нормальным, окислительныминауглероживающим. Характеристикавидовацетилено-кис- лородного пламени приведена в табл. 6.1.

54

Газовое пламя является местным поверхностным теплообменным источником теплоты, позволяющим весьма гибко регулировать распределение ее по заданным участкам поверхности изделия, а также между основным и присадочным металлом.

Газовое пламяхарактеризуется наибольшими размерамипятнанагрева d, сравнительно низкими значениями удельного теплового потока q и эффективной мощности источника нагрева Qэф (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Взонупламениподаетсяприсадочныйматериалввидепруткаили проволоки. Под действием тепла, выделившегося в пламени горелки, происходит расплавление кромок свариваемого металла 1 и присадочного материала 5, в результате чего образуется ванна расплавленного металла 4. По мере перемещения сварочной горелки происходят крис-

55

таллизация металла сварочной ванны и образование сварного шва. Схема процесса газовой сварки приведена на рис. 6.2.

1 2

5

3

4

Рис. 6.2. Принципиальная схема газовой сварки:

1 – свариваемый металл; 2 – наконечник газовой горелки; 3 – газосварочное пламя; 4 – сварочная ванна; 5 – присадочный материал

Свойства металла шва в значительной мере определяются процессами окисления и раскисления в сварочной ванне при взаимодействии газовой и шлаковой фазы с жидким металлом.

Ввиду относительно невысокого защитного и восстановительного действия пламени раскислениешвадостигаетсявведениемв сварочную ванну марганца и кремния посредством использования присадочного металласоответствующегосплава. Положительноевлияниеэтихраскис- лителейсостоитвсозданиижидкотекучихSi–Mn–Fe-шлаков, способствующих самофлюсованию сварочной ванны. Образующаяся на ее поверхности шлаковая пленка защищает расплавленный металл от кислорода и водорода газовой среды пламени.

Присваркечугуна, цветныхметалловисплавовудалениеобразующейся на поверхности сварочной ванны окисной пленки достигается введением флюсов (техническая ипрокаленная бура и др.), предохраняющих металл шва от окисления.

Структурные превращения в сварном шве и околошовной зоне характеризуютсяобразованиемтипичнойдлялитогометаллакрупнокристаллической структуры с равновесными зернами неправильной формы.

56

Чем меньше перегрев металла шва при сварке и чем больше скорость охлажденияметалла, теммельчезерновсталиитемвышемеханические свойстваметаллашва. Поэтомусваркуцелесообразновестисмаксимально возможной скоростью.

Зона термического влияния состоит из тех же характерных участков, чтоипридуговойсварке. Однакоширинаучастковпригазовойсварке значительно больше вследствие менее концентрированного теплового потока источника нагрева (пламени) и сравнительно более медленного охлажденияметаллашва. Шириназонытермическоговлияния(8…28 мм) зависит оттолщины свариваемого металла, способа ирежимасварки.

Существуют два основных способа газовой сварки плавлением: правый и левый (рис. 6.3).

Приправомспособесваркипламянаправленонаужеоплавленные кромки (сварочнуюванну), а проволоку перемещаютвслед за пламенем по спирали, не вынимая ее из сварочной ванны.

Рис. 6.3. Способы газовой сварки: а – левый; б – правый

При левом способе пламя направлено на еще не расплавленные кромки металла, а присадочная проволока перемещается впереди пламени. Приэтомдляболееравномерногопрогреваиперемещенияметалла сварочной ванны горелку и проволоку перемещают с поперечными колебаниями.

Правый способ по сравнению с левым обеспечивает лучший КПД использования тепла пламени, благодаря чему повышается производительность сварки на10…20 % и уменьшаетсярасходгазовна 10…15 %.

57

Выбор способа сварки зависит от толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве. Правый способ используется преимущественноприсваркеметаллатолщинойболее4 мм; левый– присварке металла толщиной менее 4 мм. Сварка в нижнем положении возможна как правым, так и левым способом. Вертикальные швы удобнее сваривать левым способом, горизонтальные и потолочные швы – правым.

Взависимостиотугла – наклонамундштукагорелкикповерхности свариваемого металла эффективность передачи тепла сварочным пламенемизменяется, достигаянаибольшегозначенияприугленаклона

90º (рис. 6.4).

Γ, мм

16

14

13

12

10

8

6

4

2

0

Рис. 6.4. Углы наклона мундштука при сварке металла различной толщины

Известныдверазновидностигазовойсваркиплавлением: горячаяс предварительным подогревом (общим или местным) и холодная (без предварительногоподогрева). Горячаяприменяетсяпреимущественнодля сварки чугуна.

простота используемого оборудования (не требуется источник

универсальность метода, заключающаяся в возможности сварки в различных пространственных положениях всех видов соединений из разнообразных металлов и сплавов.

58

К числу недостатков газовой сварки следует отнести невысокую производительность(скоростьсварки), бóльшуюзонутермическоговлияния, трудность автоматизации, бóльшую стоимость расходных материалов, чем при дуговой сварке.

Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий изтонколистовойстали, монтажетрубмалогодиаметра, сваркесоединений и узлов из тонкостенных труб, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца и чугуна. Наибольшее применение газо- ваясваркаполучилапристроительно-монтажныхиремонтныхработах.

2. Устройство, назначение и технические данные оборудования для поста газовой сварки

Газовая сварка применяется обычно в ручном варианте. Принципиальная схема поста газовой сварки представлена на рис. 6.5.

5

3

6

7

2 5

8

4

4

1

Рис. 6.5. Схема поста газовой сварки:

1 – кислородный баллон; 2 – ацетиленовый баллон; 3 – вентиль; 4 – редуктор; 5 – манометр высокого и низкого давления; 6 – шланг; 7 – газовая горелка; 8 – заготовка

Кислород, используемый для газосварочных работ, получают разделениемвоздуханакислородиазотметодомглубокогоохлаждения(сжижения) споследующейректификациейнафракции. Кислородпоставляют к месту потребления в стальных баллонах емкостью 40 дм3 под давлением 15 МПа, что составляет около 6 м3 при нормальных условиях. Баллоны окрашены в голубой цвет с черной надписью «КИСЛОРОД».

59

Ацетиленполучаютвспециальныхаппаратах-газогенераторахпри взаимодействии воды с карбидом кальция:

Газогенераторы бывают стационарные и переносные. Ацетиленовые генераторы взрывоопасны и нуждаются в специальном обслуживании, поэтому при работе одного-двух постов целесообразно использовать ацетилен, поставляемый в баллонах. Баллоны для ацетилена изготавливают из стали. Однако, в отличие от кислородных, они заполнены пористой массой (активированным углем), пропитанной ацетоном. Растворение ацетилена в ацетоне позволяет поместить в малом объеме большое количество ацетилена при относительно небольшом давлении (1,5…1,9 МПа) и снизить его взрывоопасность. Емкость ацетиленового баллона – 40 дм3, что составляет 5,3 м3 газа при нормальных условиях. Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет с красной надписью «АЦЕТИЛЕН».

Ацетилен и кислород из баллонов через понижающие газовые редукторы с помощью шлангов подаются в горелку, предназначенную для образования газосварочного пламени.

Редуктор– этоустройстводляпонижениядавлениягаза, прикотором оннаходится в баллоне, до величинырабочего давленияи для автоматического поддержания этого давления постоянным, поэтому на редукторе расположены два манометра (один показывает давление в баллоне, другой – перед горелкой).

Сварочная горелка – это устройство, служащее для смешивания горючегогазаскислородомиполучениясварочногопламени. Конструкция горелки позволяет регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени. Наибольшее применение имеют инжекторные горелки, работающие на смеси ацетилена и кислорода.

Винжекторных горелкахподачагорючегогазавсмесительнуюкамеру осуществляется подсосом его струейкислорода, подаваемого в горелку с бóльшим давлением, чем давление горючего газа.

Схема инжекторной горелки показана на рис. 6.6. Кислород иацетиленподдавлениемпоступаютвгорелкучерезниппели5. Кислород проходит по трубке, размещенной в пластмассовой рукоятке 6, и черезвентиль4 попадаетвцентральноесоплоинжектора3. Выходясбольшойскоростьюизузкогоканалаинжекторногоконуса, кислородсоздает

60