Контрольная: Технология оборудования сварки

Российский государственный профессионально педагогический университет

Контрольная работа

По предмету: «Технология и оборудование сварки»

Вариант 9

Выполнил студент

гр. ЗСМ 411

Соколов М. В.

Проверил

Преподаватель

_________________

Екатеринбург

2004

Содержание

1.Описать конструкцию и принцип действия

универсальных газовых горе­лок

(с указанием марки и технических

характеристик) для

сварки, резки и по­догрева металлов.

3

2.

Обосновать выбор технологии газовой сварки

легированной стали З0ХГСА.

При рассмотрении

этого вопроса выявить связь выбранного режима

(предварительного, сопутствующего и последующего

подогрева) с составом

стали, структурными

изменениями в металле шва и зоне термического

влияния. Результаты оформить в виде таблиц. 9

3. Условия и требования к разрезаемому металлу,

определяющие возмож­ность протекания процесса резки.

Рассчитать расход режущего кислорода при

ручной кислородной резке

стали толщиной 50-100мм и 500мм. 13

4. Список литературы 16

1.Описать конструкцию и принцип действия универсальных газовых

горе­лок (с указанием марки и технических характеристик) для сварки, резки и

по­догрева металлов.

Горелка – это устройство, предназначенное для получения пламени необходимой

тепловой мощности, размеров и формы. Все существующие конструкции газо-

плазменных горелок можно классифицировать следующим образом:

1) по способу подачи горючего газа в смесительную камеру — инжекторные и

безынжекторные;

2) по мощности пламени — микро мощности (10—60 дм3/ч аце­тилена);

малой мощности (25—400 дм3/ч ацетилена); средней мощ­ности (50—2800

дм3/ч ацетилена) и большой мощности (2800— 7000 дм3/ч

ацетилена);

3) по назначению — универсальные (сварка, резка, пайка, на­плавка,

подогрев); специализированные (только сварка или только подогрев, закалочные

и пр.);

4) по числу рабочих пламен — одноплеменные и многопламен­ные;

5) по способу применения — для ручных способов газопламен­ной обработки; для

механизированных процессов.

Инжекторные горелки. Кислород через ниппель / инжекторной горелки проходит под

избыточным давлением 0,1—0,4 МПа (1 — 4 кгс/см2) и с большой

скоростью выходит из центрального канала инжектора 8 (рис. 1). При этом струя

кислорода создает разреже­ние в ацетиленовых каналах рукоятки 3, за счет

которого ацетилен подсасывается (инжектируется) в смесительную камеру 10,

откуда образовавшаяся горючая смесь направляется в мундшук 13 и на выходе

сгорает. Инжекторные горелки нормально работают при из­быточном давлении

поступающего ацетилена 0,001 МПа (0,01 кгс/см2) и выше.

Повышение давления горючего газа перед горелкой облегчает работу инжектора и

улучшает регулировку пламени, хотя при этих условиях приходится прикрывать

вентиль горючего газа на горелке, что может привести к возникновению хлопков и

обратных ударов пламени. Поэтому при использовании инжекторных горелок

реко­мендуется поддерживать перед ними давление ацетилена (при ра­боте от

баллона) в пределах 0,02—0,05 МПа (0,2—0,5 кгс/см2).

Рис. 1. Инжекторная горелка:

1 — кислородный ниппель; 2 — ацетиленовый ниппель; 3 — рукоятка; 4 —

кислородная трубка; 5 — вентиль для кислорода; 6 — корпус; 7 — вентиль для

ацетилена; 8 — ин­жектор; 9 — накидная гайка; 10 — смесительная камера; 11 —

наконечник; 12 — соеди­нительный ниппель; 13 — мундштук

Инжекторные горелки рассчитывают таким образом, чтобы они обеспечивали

некоторый запас ацетилена, т. е. при полном откры­тии ацетиленового вентиля

горелки расход ацетилена увеличивался бы по сравнению с паспортным для

инжекторных горелок — не менее чем на 15%; для инжекторных резаков — не менее

чем на 10% максимального паспортного расхода ацетилена.

На рис. 2 показаны в качестве примера конструкции инжектор­ных горелок средней

мощности ГС-3 и малой мощности ГС-2 для сварки металлов. Горелки снабжают

набором сменных наконечни­ков, различающихся расходом газа и предназначаемых

для сварки металлов разной толщины. Номер требуемого наконечника выбирают в

соответствии с требуемой тепловой мощностью пламени, выраженной в дм3

/ч ацетилена. К рукоятке горелки ГС-3 можно присоединять и другие наконечники,

например многопламенные для подо­грева, для пайки, вставные резаки для резки

металла

Рис. 2. Внешний вид и разрез горелок

а)— типа ГС-3; б) — типа ГС-2; 1 — трубка наконечника; 2 — смесительная

камера; 3 и 5 — уплотнительные кольца из масло термостойкой резины;

5 — маховичок; 6 — шариковый клапан; 7 — пластмассовая рукоятка;

8 — ацетиленовый ниппель; 9 — корпус; 10 — инжектор;

11 — накидная гайка; 12 — мундштук

Для сварки и наплавки металлов большой толщины, нагрева и других работ,

требующих пламени большой мощности, используют инжекторные горелки ГС-4 с

наконечниками № 8 и 9:

№ наконечника 8 9

Расход газов, дм3/ч:

ацетилена...... 2800—4500 4500—7000

кислорода...... 3100—5000 5000—8000

Толщина свариваемой

стали, мм....... 30—50 50—100

В наконечниках ГС-4 инжектор и смесительная камера установ­лены непосредственно

перед мундштуком. Горючий газ подается в инжектор по трубке, расположенной

внутри трубки подачи кисло­рода. Этим предупреждается нагревание горючего газа

и смеси отраженной теплотой пламени, что снижает вероятность обратных ударов

пламени и хлопков при использовании пламени большой мощности. Горелка ГС-4

может работать на пропан бутане, для чего снабжена двумя наконечниками с

сетчатыми мундштуками, рассчи­танными на расходы: № 8 — пропан бутана 1,7—2,7,

кислорода 6—9,5 м3/ч; № 9 — пропан бутана 2,7—4,2, кислорода 9,5—

14,7 м3/ч.

Рис. 3. Наконечник с подогревателем для сварки на пропан бутане

1 — мундштук; 2 — подогревающая камера; 3 — подогреватель;

4 — сопла подогревателя; 5 — трубка горючей смеси; 6 — подогревающие

пламена.

Мундштуки горелок малой мощности или имеющих водяное охла­ждение изготовляют

из латуни ЛС59-1. В горелках средней мощности мундштуки для лучшего отвода

теплоты изготовляют из меди МЗ или хромистой бронзы Бр Х0,5, к которой

не так пристают брызги расплавленного металла. Для получения пламени

правильной формы и устойчивого его горения выходной канал не должен иметь

заусен­цев, вмятин и других дефектов, а внутренняя поверхность канала должна

быть чисто обработана. Снаружи мундштук рекомендуется полировать.

Горелки для газов заменителей отличаются от ацетиленовых тем, что снабжены

устройством для дополнительного подогрева и перемешивания газовой смеси до

выхода ее из канала мундштука. Серийно выпускаемые горелки ГЗУ-2-62 и ГЗМ-2-

62М для этого имеют подогреватель и подогревательную камеру, расположенные на

наконечниках между трубкой подвода горючей смеси и мунд­штуком (рис. 3).

Часть потока смеси (5—10%) выходит через до­полнительные сопла подогревателя

и сгорает, образуя факелы, по­догревающие камеру из коррозионно-стойкой

стали. Температура смеси на выходе из мундштука повышается на 300—350° С и

соот­ветственно возрастает скорость сгорания и температура основного

сварочного пламени. Горелки могут работать на пропан-бутан-кислородной и

метан-кислородной смеси; ими можно сваривать стали толщиной до 5 мм (в

отдельных случаях до 12 мм) с удовлетво­рительными показателями по

производительности и качеству сварки. Наконечники этих горелок рассчитаны на

следующие расходы газов:

№ наконечника 0 1 2 3

Расход, дм3/ч:

пропан-бутана 15—40 30-70 70—140 140-240

кислорода 50—140 105—260 260—540 520-840

№ наконечника 4 5 6 7

Расход, дм3/ч:

пропан-бутана 240—400 400—650 650—1050 1650—1700

кислорода........ 840—1400 1350—2200 2200—3600 3500—5800

При переводе на пропан-бутан горелок, рассчитанных для ра­боты на ацетилене,

следует брать наконечник, на два номера боль­ший, и ввертывать в него

мундштук, на один номер больший, а инжектор — на один номер меньший, чем при

сварке металла той же толщины на ацетиленокислородной смеси.

Специальные наконечники. Для сварки в тяжелых условиях нагрева, например

крупных чугунных отливок с подогревом, при­меняют специальные теплоустойчивые

наконечники НАТ-5-6 и НАТ-5-7. В этих наконечниках мундштук и трубка снабжены

теп­лоизоляционной прослойкой из асбеста, разведенного на воде или жидком

стекле, и покрыты сверху кожухом из стали Х25Т. Они могут длительно работать

без хлопков и обратных ударов. Для этих работ используют также обычные

наконечники, снабженные дополнительной трубкой для подвода охлаждающего

воздуха.

Безынжекторные горелки. В отличие от инжекторных в данных горелках

сохраняется постоянный состав смеси в течение всего вре­мени работы горелки,

независимо от ее нагрева отраженной теплотой пламени. В, инжекторных же

горелках нагрев мундштука и смеси­тельной камеры ухудшает инжектирующее

действие струи кисло­рода, вследствие чего поступление ацетилена уменьшается и

смесь обогащается кислородом. Это приводит к хлопкам и обратным уда­рам

пламени, — приходится прерывать сварку и охлаждать на­конечник.

Безынжекторные горелки, в которых ацетилен и кислород по­ступают в смесительное

устройство под равными давлениями, при нагревании не меняют состава смеси,

поскольку при нагревании мундштука если и уменьшается поступление газов в

горелку, то оно одинаково как для кислорода, так и для ацетилена.

Следова­тельно, относительное содержание их в смеси, т. е. состав смеси,

остается постоянным. На рис. 4, а показана схема безынжектор­ной

горелки, на рис. 4, б — схема устройства для питания безынжекторной

горелки ГАР (равного давления).кислородом и ацетиле­ном через постовой

беспружинный регулятор ДКР (см. рис. 23). Горелка ГАР комплектуется семью

наконечниками на расходы аце­тилена 50—2800 дм3/ч. Каждый наконечник

имеет смесительную камеру с двумя калиброванными отверстиями: центральным для

кислорода и боковым для ацетилена.

Рис 4. Безынжекторная горелка

1 — мундштук; 2 — трубка наконечника; 3 — вентиль кислорода; 4 — ниппель

кислорода; 5 — ниппель ацетилена; 6 — вентиль ацетилена; 7 — редуктор

кислородный; 8 — редуктор ацетилено­вый; 9 — регулятор ДКР; 10 — шланги; 11 —

горелка ГАР

Камерно-вихревые горелки. Для некоторых процессов газопла­менной

обработки — нагрева, пайки, сварки пластмасс и т. п. не требуется высокой

температуры ацетиленокислородного пламени. Для этих процессов можно

использовать камерно-вихревые горелки, работающие на пропано-воздушной смеси. В

этих горелках вместо мундштука имеется камера сгорания, в которую поступают

пропан и воздух под давлением 0,05—0,2 МПа (0,5—2 кгс/см2). Пропан

подается в камеру через центральный канал, а воздух, вызывающий также

вихреобразование, поступает по многозаходной спирали, обеспечивающей «закрутку»

газовой смеси в камере сгорания. Про­дукты сгорания выходят через концевое

сопло камеры сгорания с большой скоростью, образуя пламя достаточно высокой

темпера­туры (1500—1600° С). Горелки позволяют получать пламя с темпе­ратурой

350—1700° С.

Горелки специальные. К таким горелкам относятся, например, многопламенные

для очистки металла от ржавчины и краски; газо-воздушные для пайки и нагрева,

работающие на ацетилене газах заменителях; керосино кислородные для

распыленного жидкого горючего; многопламенные кольцевые для

газопрессовой сварки; для поверхностной закалки; для пламенной наплавки; для

сварки термопластов и многие другие.

Принципы устройства и конструкции их во многом аналогичны используемым для

сварочных горелок. Отличие состоит в основном; в тепловой мощности и размерах

пламени или суммы пламен (при многопламенных горелках), а также размерах и

форме мундштука.

2. Обосновать выбор технологии газовой сварки легированной стали З0ХГСА. При

рассмотрении этого вопроса выявить связь выбранного режима (предварительного,

сопутствующего и последующего подогрева) с составом стали, структурными

изменениями в металле шва и зоне термического влияния. Результаты оформить в

виде таблицы.

Газовая сварка характеризуется высокими значениями вводимой в изделие удельной

энергии εи достигающими величин порядка 200—400 Дж/мм2

, большей зоной теплового влияния, меньшей про­изводительностью, чем дуговая

сварка.

Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изде­лий из тонколистовой

стали; при ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы, алюминиевых

сплавов; при монтажной сварке стыков трубопроводов малых и средних диаметров

(до 100 мм) с толщиной стенки до 5 мм и фасонных частей к ним; при сварке

узлов конструкций из тонкостенных труб; при сварке изделий из алюминия и его

сплавов, меди, латуни и свинца; при наплавке латуни и бронзы на детали из

стали и чугуна; при наплавке твер­дых и износоустойчивых сплавов, а также при

сварке ковкого и высокопрочного чугуна с применением прутков из латуни и

бронзы.

Газовой сваркой можно сваривать почти все металлы, исполь­зуемые в технике.

Чугун, медь, латунь, свинец легче поддаются газовой сварке, чем дуговой.

Простота оборудования, независи­мость от источника энергоснабжения,

возможность широкого регу­лирования скорости нагрева и охлаждения металла при

сварке позволяют применять этот процесс при ремонтных и монтажных работах.

Сталь толщиной свыше 6 мм газовой сваркой соединяют редко.

Таблица 1.

Влияние примесей на свойства металла шва и около шовной зоны

Наименование, химический символ примеси

В каком виде находится примесь в металле

Взаимодействие с кислородом металла сварочной ванны, шлака, газа

Дефекты сварной конструкции

Причины образования трещин

Допустимость (желательна \нежелательна) присутствия примеси в

Максимально допустимое содержание примеси в %

Характерные свойства основного металла при наличии данной примеси

Свариваемость металла

В около шовной зоне

В металле шва

Холодных

Горячих

Основном металле

Присадочной проволоке

Включение окислов, непровар

Таблица 2.

Свариваемый металл	Пламя и его мощность дм3/ч	Присадочная проволока	Флюсы	Термообработка после сварки	Способ сварки	Наличие трещин	Нагрев перед сваркой	Свариваемость
1	2	3	4	5	6	7	8	9
30ХГСА	75-100	Св-08 Св-08А Св-18ХГСА Св-18ХМА

3. Условия и требования к разрезаемому металлу, определяющие возмож­ность

протекания процесса резки. Рассчитать расход режущего кислорода при ручной

кислородной резке стали толщиной 50-100мм и 500мм.

Подвергаемый газовой резке металл должен удовлетворять ряду определенных

условий (требований).

Температура плавления металла должна быть выше темпера­туры воспламенения его

в кислороде (температуры начала интен­сивного окисления металла). В противном

случае металл под дейст­вием подогревающего пламени резака будет плавиться и

принуди­тельно удаляться кислородной струей без необходимого окисления,

характеризующего процесс газовой резки. При этих условиях шлак не образуется,

и расплавляемый металл, трудно удаляемый кисло­родной струей, будет

образовывать на кромках реза наплывы. При этом производительность процесса

крайне низкая, рез большой ширины и исключительно неровный.

Низкоуглеродистая сталь этому условию удовлетворяет. Темпе­ратура ее

плавления составляет ~ 1500° С, а температура воспла­менения в кислороде

1350—1360° С. Однако с повышением содержа­ния углерода в стали способность ее

поддаваться газовой резке падает (так как температура плавления стали

снижается, а темпе­ратура воспламенения в кислороде возрастает). Кроме того,

в образующихся при резке шлаках увеличивается количество не окисленного

железа, сильно затрудняющего процесс резки из-за образования грата (сплава

шлака с металлом), трудно отделяемого от кромок реза. Тем более не поддается

газовой резке чугун, содержание угле­рода в котором составляет более 1, 7%.

Температура плавления металла должна быть выше темпе­ратуры плавления

образуемых в процессе резки окислов.

Низкоуглеродистая сталь образует три окисла железа: FeO с температурой плавления

1270° С, Fe3O4 с температурой плавления 1538°С и Fe2

. O3 с температурой плавления 1562°С. Допуская, что нее эти окислы

железа присутствуют в шлаке, температура плав­ления которого в среднем ниже

1500° С, можно считать, что низко­углеродистая сталь удовлетворяет и этому

условию, тем более, что на поверхности ее при нагревании не образуется пленки

туго­плавких окислов, препятствующих контакту кислородной струи с металлом.

Однако целый ряд металлов и сплавов, например алюминий, магний, сплавы этих

металлов, а также высоколегированные стали, содержащие высокий процент хрома,

этому условию резки не удовлетворяют. При нагревании этих сплавов в процессе

резки на их поверхности образуется пленка тугоплавкого окисла, изолирующая

металл от контакта с кислородом.

Тепловой эффект образования окисла металла должен быть достаточно высоким.

Это условие диктуется тем, что при резке стали, подогревающее пламя резака

сообщает металлу сравнительно не­большую часть теплоты — около 5—30% ее

общего количества, выделяемого в процессе резки. Основное же количество

теплоты (70—95%) выделяется при окислении металла.

Низкоуглеродистая сталь образует при резке три окисла железа, выделяющих при

своем образовании в среднем около 627 — 666, 8 кДж/моль (150—160 ккал/г-мол).

Этого количества теплоты ока­зывается достаточно, для протекания эффективного

процесса газовой резки стали.

Иначе обстоит дело с резкой меди и ее сплавов. Помимо высокой тепло

производительности меди, сильно затрудняющей начало про­цесса резки, главной

причиной, делающей газовую резку меди не­возможной, является низкое

тепловыделение при окислении, по­скольку при образовании СиО выделяется теплоты

всего 156, 8 кДж/моль (37, 5 ккал/г-мол), а при образовании Си2О

169, 7 кДж/моль (40, 6 ккал/г-мол). Этого количества теплоты для начала и

поддер­жания процесса резки меди недостаточно, в связи с чем процесс газо­вой

резки этого металла невозможен.

Консистенция образующихся окислов Должна быть жидкой, т. е. появляющиеся при

резке шлаки должны быть жидкотекучими. Это условие хорошо выполняется при

резке низко- и среднеуглеро­дистой стали, низколегированной стали и

титановых сплавов.

Газовая резка сплавов, содержащих высокий процент кремния пли хрома сильно

затруднена или невозможна. Так, например, не­возможна резка серого чугуна,

содержащего высокий процент кремния (до 3,5—4,5%), окись которого (SiO2

) сильно повышает вязкость.

Теплопроводность металла должна быть возможно низкой. В противном случае

бывает трудно, а иногда и невозможно (при большой массе высокотеплопроводного

металла) достигнуть кон­центрированного нагрева металла.

Низкоуглеродистая сталь, теплопроводность которой невелика {коэффициент

теплопроводности λ = 0,63 Дж/(см. сК) [λ, = 0,12 кал/(см.

-с-° С]}, не вызывает трудностей ни в начальный момент, ни в процессе резки. В

этом случае подогрев металла в начальной точке реза до воспламенения

осуществляется быстро, без заметного отвода теплоты в массу разрезаемого

металла.

Что касается начального подогрева до воспламенения таких металлов, как медь и

алюминий, то для этих металлов из-за высокой теплопроводности начальный

подогрев связан с большими труд­ностями и в большинстве случаев становится

возможным только после предварительного подогрева разрезаемых листов или

заго­товок до достаточно высокой температуры (меди до 700—800° С, алюминия до

300—500° С). Высокая теплопроводность меди и алю­миния — одна из причин,

затрудняющих и делающих невозможной газовую резку этих металлов.

Анализируя приведенные выше условия газовой резки, можно констатировать, что

всем этим условиям хорошо удовлетворяет чистое железо и низкоуглеродистая

сталь. С повышением содержа­ния углерода в стали способность ее поддаваться

газовой резке падает.

Список литературы

1. А. И. Акулов, Г. А. Бельчук, В. П. Демянцевич

«Технология и оборудование сварки плавлением»

2. Г. Б. Евсеев, Д. Л. Глизманенко «Оборудование и

технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов»

3. Г. Л. Петров «Сварочные материалы»