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»