Технология оборудования сварки
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:
[pic]
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
[pic]
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
[pic]
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
[pic]
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 ?и 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
|Наимено|В каком|Взаимод|Дефекты|Причины|Допусти|Максима|Характе|Свари|
|вание, |виде |ействие|сварной|образов|мость |льно |рные |ваемо|
|химичес|находит|с |констру|ания |(желате|допусти|свойств|сть |
|кий |ся |кислоро|кции |трещин |льна |мое |а |метал|
|символ |примесь|дом | | |\нежела|содержа|основно|ла |
|примеси|в |металла| | |тельна)|ние |го | |
| |металле|сварочн| | |присутс|примеси|металла| |
| | |ой | | |твия |в % |при | |
| | |ванны, | | |примеси| |наличии| |
| | |шлака, | | |в | |данной | |
| | |газа | | | | |примеси| |
|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |
|30ХГСА |75-100 |Св-08 | | | | | | |
| | |Св-08А | | | | | | |
| | |Св-18ХГ| | | | | | |
| | |СА | | | | | | |
| | |Св-18ХМ| | | | | | |
| | |А | | | | | | |
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 ? = 0,63 Дж/(см. сК) [?, = 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» |
