Научная Петербургская Академия

Реферат: Газовая сварка

Реферат: Газовая сварка

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 2

1. Сварка металлов. Назначение и преимущества сварки. 3

2. Материалы, применяемые при газовой сварке. 8

3. Аппаратура и оборудование для газовой сварки. 13

4. Технология газовой сварки. 18

Список литературы.. 25

Введение

Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда

начиналось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В тот

период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и

обеспечивала получение наиболее прочных сварных соединений. В дальнейшем с

созданием и внедрением высококачественных электродов для дуговой сварки,

автоматической и полуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде

защитных газов (аргона, гелия и углекислого газа и др.), газовая сварка была

постепенно вытеснена из многих производств этими способами электрической

сварки. Тем не менее, и до настоящего времени газовая сварка металлов наряду

с другими способами сварки широко применяется в народном хозяйстве.

1. Сварка металлов. Назначение и преимущества сварки.

Сварку применяют для получения неразъемного соединения деталей при

изготовлений изделий, машин и сооружений из металла. Прежде для этого

преимущественно пользовались клепкой.

Сварное изделие имеет меньшей вес, чем клепальное, проще в изготовлении,

дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий срок, с меньшей

затратой труда и материалов. Сваркой можно изготовлять изделия очень сложной

формы, которые прежде удавалось получить только отливкой или кузнечной и

механической обработкой. При изготовлении металлоконструкций сварка дает от

10 до 20 % экономии металла по сравнению с клепкой, до 30 % по сравнению с

литьем из чугуна.

Сварные швы обеспечивают высокую надежность (плотность и прочность)

резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и

давлениях газов, паров и жидкостей.

Газовая сварка ее преимущества и недостатки

Газовая сварка относится к сварке плавлением. Процесс газовой сварки состоит

в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния

пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла

используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа

в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется

расплавленным металлом присадочной проволоки.

Газовая сварка обладает следующими преимуществами: способ сварки сравнительно

прост, не требует сложного и дорогого оборудования, а также источника

электроэнергии. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение

относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать

скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.

К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость нагрева металла и

большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке. При

газовой сварке концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей

больше, чем при дуговой сварке. Однако при правильно выбранной мощности

пламени, умелом регулировании его состава, надлежащей марке присадочного

металла и соответствующей квалификации сварщика газовая сварка обеспечивает

получение высококачественных сварных соединений.

Благодаря сравнительно медленному нагреву металла пламенем и относительно

невысокой концентрации тепла при нагреве производительность процесса газовой

сварки существенно снижается с увеличением толщины свариваемого металла.

Например, при толщине стали 1мм, скорость газовой сварки составляет около

10м/ч, а при толщине 10мм – только 2м/ч. Поэтому газовая сварка стали

толщиной свыше 6мм менее производительна по сравнению с дуговой сваркой и

применяется значительно реже.

Стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода при газовой сварке выше

стоимости электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие этого

газовая сварка обходится дороже, чем электрическая.

Процесс газовой сварки труднее поддается механизации и автоматизации, чем

процесс электрической сварки. Поэтому автоматическая газовая сварка

многопламенными линейными горелками находит применении только при сварке

обечаек и труб из тонкого металла продольными швами газовую сварку применяют

при:

· изготовлении и ремонте изделий из тонко-листовой стали (сварке

сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, варке заплат и пр.);

· сварке трубопроводов малых и средних диаметров (до 100мм) и

фасонных частей к ним;

· ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы и силумина;

· сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца;

· наплавке латуни на детали из стали и чугуна;

· сварке кованого и высокопрочного чугуна с применением присадочных

прутков из латуни и бронзы, низкотемпературной сварке чугуна.

При помощи газовой сварки можно сваривать почти все металлы, применяемые в

технике. Такие металлы, как чугун, медь, латунь, свинец легче поддаются

газовой сварке, чем дуговой. Если учесть еще простоту оборудования то

становится понятным широкое распространение газовой сварки в некоторых

областях народного хозяйства (на некоторых заводах машиностроения, сельском

хозяйстве, ремонтных, строительно-монтажных работах и др.).

Для газовой сварки необходимо:

1) газы – кислород и горючий газ (ацетилен или его заменитель);

2) присадочная проволока (для сварки и наплавки);

3) соответствующее оборудование и аппаратура, в то числе:

а. кислородные баллоны для хранения запаса кислорода;

б. кислородные редукторы для понижения давления кислорода, подаваемого из

баллонов в горелку или резак;

в. ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида кальция или

ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится под давлением и растворен

в ацетилене;

г. сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором

наконечников для нагрева метла различной толщины;

д. резиновые рукава (шланги) для подачи кислорода и ацетилена в горелку;

4) принадлежности для сварки: очки с темными стеклами (светофильтрами) для

защиты глаз от яркого света сварочного пламени, молоток, набора ключей для

горелки, стальные щетки для очистки металла и сварочного шва;

5) Сварочный стол или приспособление для сборки и закрепления деталей при

прихватке, сварки;

6) флюсы или сварочные порошки, если они требуются для сварки данного металла.

2. Материалы, применяемые при газовой сварке.

Кислород

Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре газ без цвета и запаха,

несколько тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 20 гр. масса

1м3 кислород равен 1.33 кг. Сгорание горючих газов и паров горючих

жидкостей в чистом виде кислороде происходит очень энергично с большой

скоростью, а возникновение в зоне горения возникает высокая температура.

Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимо для

быстрого расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары горючей

жидкости сжигают в смеси с чистым кислородом.

При возникновении сжатого газообразного кислорода с маслом или жирами

последние могут самовоспламеняться, что может быть причиной пожара. Поэтому

при обращении с кислородными баллонами и аппаратурой необходима тщательно

следить за тем, чтобы на них не падали даже незначительные следы масла и

жиров. Смесь кислорода с горючих жидкостей при определенных соотношениях

кислорода и горючего вещества взрывается.

Технический кислород добывают из атмосферного воздуха который подвергают

обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается от углекислоты

и осушается от влаги.

Жидкий кислород хранят и перевозят в специальных сосудах с хорошей

теплоизоляцией. Для сварки выпускают технический кислород трех сортов:

высшего, чистотой не ниже 99.5%

1-ого сорта чистотой 99.2%

2-ого сорта чистотой 98.5% по объему.

Остаток 0.5-0.1% составляет азот и аргон

Ацетилен

В качестве горючего газа для газовой сварки получил распространение ацетилен

соединение кислорода с водородом. При нормальной to и давлением

ацетилен находится в газообразном состоянии.

Ацетилен бесцветный газ. В нем присутствуют примеси сероводорода и аммиак.

Ацетилен есть взрывоопасный газ. Чистый ацетилен способен взрываться при

избыточном давлении свыше 1.5 кгс/см2, при быстром нагревании до 450-500С.

Смесь ацетилена с воздухом взрываться при атмосферном давлении, если в смеси

содержится от 2.2 до 93% ацетилена по объему. Ацетилен для промышленных целей

получают разложением жидких горючих действием электродугового разряда, а так

же разложением карбида кальция водой.

Газы заменители ацетилена.

При сварке металлов можно применять другие газы и пары жидкостей. Для

эффективного нагрева и расплавления металла при сварке необходимо чтобы t

o пламени была примерно в два раза превышала to плавления

свариемого металла.

Для сгорания горючих различных газов требуется различное кол-во кислорода

подаваемого в горелку. В таб1 приведены основные хар-ки горючих газов для

сварки.

Газы заменители ацетилена применяют во многих отраслях промышленности.

Поэтому их производство и добыча в больших масштабах и они являются очень

дешевыми, в этом их основное преимущество перед ацетиленом.

Вследствие более низкой to пламени этих газов применение их

ограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов.

При сварке же стали с пропаном или метаном приходится применять сварочную

проволоку содержащею повышенное количество кремния и марганца, используемых в

качестве раскислителей, а при сварке чугуна и цветных металлов использовать

флюсы.

Газы – заменители с низкой теплопроводной способностью неэкономично

транспортировать в баллонах. Это ограничивает их применение для газопламенной

обработки.

Таблица №1 Горючие газы для сварки и резки.

Горючие газыТемпература пламени при сгорании в кислородеКоэффициент замены ацетилена
Ацетилен31501,05
Водород2400-26005,2
Метан2400-25001,6
Пропан2700-28000,6
Пары керосина2400-2451-1,3

Сварочные проволоки и флюсы

В большинстве случаев при газовой сварке применяют присадочную проволоку

близкую по своему хим. составу к свариваемому металлу.

Нельзя применят для сварки случайную проволоку неизвестной марки.

Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой без следов окалины, ржавчины,

масла, краски и прочих загрязнений. Температура плавления проволоки должна

быть равна или несколько ниже to плавления металла.

Проволока должна плавится спокойно и равномерно, без сильного разбрызгивания

и вскипания, образуя при застывании плотный однородный металл без посторонних

включений и прочих дефектов.

Для газовой сварки цветных металлов (меди, латуни, свинца), а так же

нержавеющей стали в тех случаях, когда нет подходящей проволоки, применяют в

виде исключения полоски нарезанный из листов той же марки, что и сваривает

металл.

Флюсы

Медь, алюминий, магний и их сплавы при нагревании в процессе сварки энергично

вступают в реакцию с кислородом воздуха или сварочного пламени (при сварке

окислительным пламенем), образуя окислы, которые имеют более высокую to

плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленного металла тонкой

пленкой и этим сильно затрудняют плавление частиц металла при сварке.

Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся

окислов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами. Флюсы,

предварительно нанесенные на присадочную проволоку или пруток и кромки

свариваемого металла, при нагревании расплавляются и образуют легкоплавкие

шлаки, всплывающие на поверхность жидкого металла. Пленка шлаков прокрывает

поверхность расплавленного металла, защищая его от окисления.

Состав флюсов выбирают в зависимости от вида и свойств свариваемого металла.

В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту. Применение

флюсов необходимо при сварке чугуна и некоторых специальных легированных

сталей, меди и ее сплавов. При сварке углеродистых сталей не применяют.

3. Аппаратура и оборудование для газовой сварки.

Водяные предохранительные затворы

Водяные затворы защищают ацетиленовый генератор и трубопровод от обратного

удар пламени из сварочной горелки и резака. Обратным ударом называется

воспламенение ацетиленово-кислородной смеси в каналах горелки или резака.

Водяной затвор обеспечивает безопасность работ при газовой сварке и резке и

является главной частью газосварочного поста. Водяной затвор должен

содержатся всегда в исправном состоянии, и быть наполнен водой до уровня

контрольного крана.

Водяной затвор всегда включает между горелкой или резаком и ацетиленовым

генератором или газопроводом.

Реферат: Газовая сварка

Рис. 1. Схема устройства и работы водяного затвора среднего давления: а —

нормальная работа затвора, б - обратный удар пламени

Баллон для сжатых газов

Баллоны для кислорода и других сжатых газов представляют собой стальные

цилиндрические сосуды. В горловине баллона сделано отверстие с конусной

резьбой, куда ввертывается запорный вентиль. Баллоны бесшовные для газов

высоких давлений изготавливают из Турб углеродистой и легированной стали.

Баллоны окрашивают с наружи в словные цвета, в зависимости от рода газа.

Например, кислородные баллоны в голубой цвет, ацетиленовые в белый водородные

в желто-зеленый для прочих горючих газов в красный цвет.

Верхнею сферическую часть баллона не окрашивают и на ней выбивают паспортные

данные баллона.

Баллон на сварочном посту устанавливают вертикально и закрепляю хомутом.

Вентили для баллонов

Вентили кислородных баллонов изготавливают из латуни. Сталь для деталей

вентиля применять нельзя так как она сильно коррозирует в среде сжатого

влажного кислорода.

Ацетиленовые вентили изготавливают из стали. Запрещается применять медь и

сплавы, содержащие свыше 70% меди, так как с медью ацетилен может

образовывать взрывчатое соединение – ацетиленовую медь.

Редукторы для сжатых газов

Редукторы служат для понижения давления газа, отбираемого из баллонов (или

газопровода), и поддержания этого давления постоянным независимо от снижения

давления газа в баллоне. Принцип действия и основные детали у всех редукторов

примерно одинаковы.

По конструкции бывают редукторы однокамерные и двухкамерные. Двухкамерные

редукторы имеют две камеры редуцирования, работающие последовательно, дают

более постоянное рабочее давление и менее склонны к замерзанию при больших

расходах газа.

Кислородный и ацетиленовый редукторы показаны на рис. 2.

Реферат: Газовая сварка

Рис. 2. Редукторы: а — кислородный, б — ацетиленовый

Рукава (шланги) служат для подвода газа в горелку. Они должны обладать

достаточной прочностью, выдерживать давление газа, быть гибкими и не стеснять

движений сварщика. Шланги изготовляют из вулканизированной резины с

прокладками из ткани. Выпускаются рукава для ацетилена и кислорода. Для

бензина и керосина применяют шланги из бензостойкой резины.

Сварочные горелки

Сварочная горелка служит основным инструментом при ручной газовой сварке. В

горелке смешивают в нужных количествах кислород и ацетилен. Образующаяся

горючая смесь вытекает из канала мундштука горелки с заданной скоростью и,

сгорая, дает устойчивое сварочное пламя, которым расплавляют основной и

присадочный металл в месте сварки. Горелка служит также для регулирования

тепловой мощности пламени путем изменения расхода горючего газа и кислорода.

Горелки бывают инжекторные и безинжекторные. Служат для сварки, пайки,

наплавки, подогрева стали, чугуна и цветных металлов. Наибольшее

распространение получили горелки инжекторного типа. Горелка состоит из

мундштука, соединительного ниппеля, трубки наконечника, смесительной камеры,

накидной гайки, инжектора, корпуса, рукоятки, ниппеля для кислорода и

ацетилена.

Горелки делятся на мощности пламени:

1. Микромалой мощности (лабораторные) Г-1;

2. Малой мощности Г-2. Расход ацетилена от 25 до 700 л. в час, кислорода от

35 до 900 л. в час. Комплектуются наконечниками №0 до 3;

3. Средней мощности Г-3. Расход ацетилена от 50 до 2500 л. в час, кислорода

от 65 до 3000 л. в час. Наконечники №1-7;

4. Большой мощности Г-4.

Также есть горелки для газов заменителей ацетилена Г-3-2, Г-3-3.

Комплектуются наконечниками с №1 по №7.

4. Технология газовой сварки.

Сварочное пламя.

Внешний, вид температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл

зависят от состава горючей смеси, т.е. соотношение в ней кислорода и

ацетилена. Изменяя состав горючей смеси, сварщик изменяет свойства сварочного

пламени. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена в смеси, можно получать

три основных вида сварочного пламени, рис. 3.

Реферат: Газовая сварка

Рис 3. Виды ацетилено-кислородного пламени

а – науглероживающее, б-нормальное, в – окислительное; 1 – ядро, 2-

восстановительная зона, 3 - факел

Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное)

пламя (рис. 3, б).

Окислительное пламя (рис. 3, в) применяют при сварке с целью повышения

производительности процесса, но при этом обязательно пользоваться проволокой,

содержащей повышенное количество марганца и кремния в качестве раскислителей,

оно также необходимо при сварке латуни и пайке твердым припоем.

Пламя с избытком ацетилена применяют при наплавке твердыми сплавами. Пламя с

незначительным избытком ацетилена используют для сварки алюминиевых и

магниевых сплавов.

Качество наплавленного металла и прочности сварного шва сильно зависят от

состава сварочного пламени.

Металлургические процессы при газовой сварке.

Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются следующими

особенностями: малым объемом ванны расплавленного металла; высокой

температурой и концентрацией тепла в месте сварки; Большой скоростью

расплавления и остывания метла; интенсивным перемешиванием металла гладкой

ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой; химическим

взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.

Основными в сварочной ванне являются реакции окисления и восстановления.

Наиболее легко окисляются магний, алюминий, обладающие большим сродством к

кислороду.

Кислы этих металлов не восстанавливаются водородом и окисью углерода, поэтому

при сварке металлов необходимы специальные флюсы. Окислы железа и никеля,

наоборот хорошо восстанавливаются окисью углерода и водородом пламени,

поэтому при газовой сварке этих металлов флюсы не нужны.

Водород способен хорошо растворятся в жидком железе. При быстром остывании

сварочной ванны он может остаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако

газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению,

например с дуговой. Поэтому при газовой сварке углеродистой стали, весь

водород успевает уйти из металла шва и последний получится плотным.

Структурные изменения в металле при газовой сварке.

Вседствии более медленного нагрева зона влияния при газовой сварке больше чем

при дуговой.

Слои основного металла, непосредственно примыкающие к сварочной ванне

непрерывны и приобретают крупнозернистую структуру. В непосредственной

близости к границе шва находится зона неполного расплавления. Основного

металла с крупной структурой, характерной для ненагретого металла. В этой

зоне прочность металла ниже, чем прочночность металла шва, поэтому здесь

обычно и происходит разрушение сварного соедениения.

Далее расположен участок, нерекристализации характеризуемы так же

крупнозернистой структурой, для которого to плавления металла, не

выше 1100-1200С. Последующие участки нагреваются до более низких температур и

имеют мелкозернистую структуру, нормализованной стали.

Для улучшения структуры и свойств металла шва и околошовной зоны иногда

применяют горячую проковку шва и местную термообработку нагревом сварочным

пламенем или общую термообработку с нагревом в печи.

Особенности и режимы сварки различных металлов.

Сварка углеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали можно сварить любым способом газовой сварки. Пламя

горелки должно быть нормальным, мощностью 100-130дм 3/ч

при правой сварке.

При сварке углеродистых сталей применяют проволоку из малоуглеродистой стали

св-8 св-10га. При сварке этой проволокой часть углерода, марганца и кремния

выгорает, а металл шва получает крупнозернистую структуру и его предел

прочности такового для основного металла. Для получения наплавленного

металла равнопрочного основному, применяют проволоку св-12гс, содержащую до

0.17% углерода; 0.8-1.1 марганца и 0.6-0.9% кремния.

Сварка легированных сталей

Легированные стали хуже проводят тепло чем низкоуглеродистая сталь, и поэтому

больше коробятся при сварке.

Низколегированные стали (например XCHД) хорошо свариваются газовой сваркой.

При сварке применяют нормальное пламя и проволоку СВ-0.8, СВ-08А или СВ-10Г2

Хромоникелевые нержавеющие стали сваривают нормальным пламенем мощностью 75дм

3 ацетилена на 1мм толщины металла. Применяют проволоку СВ-02Х10Н9,

СВ-06-Х19Н9Т. При сварке жаропрочной нержавеющей стали, применяют проволоку

содержащую 21% никеля 25% хрома. Для сварки коррозиностойкой стали содержащей

молибден 3%, 11% никеля, 17% хрома.

Сварка чугуна

Чугун сваривают при исправлении дефектов отливок, а так же восстановлении и

ремонте деталей: заварке трещин, раковин, при варке отколовшихся частей и пр.

Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как

окислительное вызывает местное выгорание кремния, и в металле шва образуются

зерна белого чугуна.

Сварка меди

Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому при ее сварке к месту

расплавления металла приходится проводить большое количество тепла, чем при

сварке стали.

Одним из свойств меди затрудняющим сварку, является ее повышенная текучесть в

расплавленном состоянии. Поэтому при сварке меди не оставляют зазора между

кромками. В качестве присадочного металла используют проволоку из чистой

меди. Для раскисления меди и удаления шлака применяют флюсы.

Сварка латуни и бронзы

Сварка латуни. Газовую сварку широко используют для сварки латуни, которая

труднее поддается сварке электрической дугой. Основное затруднение при сварке

состоит в значительном испарении из латуни цинка, которое начинается при

900С. Если латунь перегреть, то вследствие испарения цинка, шов получится

пористым. При газовой сварке может испаряется до 25% содержащегося в латуни

цинка.

Для уменьшения испарения цинка сварку латуни ведут пламени с избытком

кислорода до 30-40%. В качестве присадочного металла используют латунную

проволоку. В качестве флюсов применяют прокаленную буру или газообразный флюс

БМ-1

Сварка бронзы

Газовую сварку бронзы применяют при ремонте литых изделий из бронзы, наплавке

работающих на трение поверхностей деталей слоем антифрикционных бронзовых

сплавов и пр.

Сварочное пламя должно иметь восстановительный характер, так как при

окислительном пламени увеличиваются выгорание из бронзы олова, кремния,

алюминия. В качестве присадочного материала используют прутки или проволоку,

близкие по составу к свариваемому металлу. Для раскисления в присадочную

проволоку вводят до 0.4% кремния.

Для защиты металла от окисления и удаления окислов в шлаки применяют флюсы

тех же составов, что и при сварке меди и латуни.

Список литературы

Глизманенко Д.А. Газовая сварка и резка металлов.-М.: Высш. школа, 1969.-304с.



(C) 2009