Технология оборудования сварки (стр. 2 из 2)
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-08Св-08АСв-18ХГСАСв-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»