ФГОУ СПО «Комсомольский – на - Амуре политехнический техникум»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

по технологии металлов о конструкционным материалам

Тема: Ручная дуговая сварка, электроды и оборудование.

     Газовая сварка, аппаратура и оборудование.
студента 4 курса
2004 год
СОДЕРЖАНИЕ
I.           
Ручная дуговая сварка, электроды и оборудование.


1.     Оборудование и электроды для ручной дуговой сварки.

2.      Ручная дуговая сварка.
II.           
Газовая сварка, аппаратура и оборудование.

1.       Газовая сварка ее преимущества и недостатки.

2.       Материалы, применяемые при газовой сварке.

3.       Аппаратура и оборудование для газовой сварки.

4.       Технология газовой сварки.
III.           
Список литературы.
Ручная дуговая сварка, электроды и оборудование.
1.    
Оборудование и электроды для ручной дуговой сварки

Технологические процессы сварки занимают ведущее место при производстве изделий, поскольку с их помощью изготавливают почти 70 % всех деталей.

Большое разнообразие форм и размеров деталей обусловливает необходимость применения в производстве разных видов сварки.

Ручную дуговую сварку выполняют, как правило, ме­таллическими электродами при питании дуги постоянным или переменным током. Электрическая дуга постоянного тока более стабильна, кроме того, эту сварку можно про­водить при прямой или обратной полярности, присоеди­няя в первом случае к детали плюс источника энергии, а к электроду — минус, а в другом случае — наоборот.

Обратная полярность позволяет уменьшить глубину проплавления детали, поскольку на положительном элек­троде выделяется тепла на 20 % больше, нежели на отри­цательном. Поэтому детали толщиной менее 3 мм необ­ходимо сваривать постоянным током обратной полярности, чтобы избежать прожогов.

Источниками постоянного тока при ручной сварке являются преобразова­тели, выпрямители и агрегаты (табл. 2—4).

Источниками перемен­ного тока при ручной сварке являются - сварочные трансформаторы (табл. 5).
Таблица 2. Технические характеристики сварочных преобразователей

Параметр	псо-зоо-з	ПСО500	ПСГ-500	ПСУ-500	ПС- 1000
Номинальная сила сварочного тока, А	300	500	500	500	1000
Границы регулирования силы сварочного, тока, А	100—300	65—500	60—500	60—50.0	300—1000
Номинальное напряжение, В	32	40	40	40	45
Номинальная   мощность   гене­ратора, кВт	9,6	20	.20	20	45
Электродвигатель : мощность, кВт	14	28	30	30	55
частота вращения, об/мин	1450	2930	2930	2930	1450
Внешняя   вольт-амперная   ха­рактеристика	Крутопа­дающая	Крутопа­дающая	Жесткая	Жесткая или падающая при      соответственном соединении обмоток	Падающая

Таблица 3. Технические характеристики сварочных выпрямителей с жесткой внешней  вольт-амперной  характеристикой

Параметр	ВС-ЗОО	ВС-600	всж-зоз	ВДГ-302	ВДГ-601	ВДУ-504	ВДУ-1001	ВДУ-1601	ВКСМ-1001
Номинальная сила сварочного тока, А	300	600	315	315	630'	500	1000	1600	1000
Границы регу­лирования силы сварочного    то­ка, А	30—300	100—600	50—315	100—315	100—630	70—500	300—1000	500—1600	300—1000
Рабочее   напря­жение, В	20—40	20—40	32	16—38	18—66	18—50	24—66	26—66	70
Потребляемая мощность,    кВт	17	35	20	19	67	40	105	165	76
кпд, %	70	75	76	.75	82	82	83	84	86
Напряжение без нагрузки, В	20—40	20—40	18—50	30—55	66	80	100	100	70

Таблица 4. Технические характеристики сварочных агрегатов

Параметр	АСБ-ЗОО-7		АДВ-306		АДД-ЗОЗ		АСД-З-1		АСДП-500Г-ЗМ
Рабочее напряжение,   В Границы регулирования силы тока, А Двигатель: тип мощность, кВт Внешняя    вольт-ампер­ная характеристика	32 100-300 ГАЗ-320 23,58 Крутопадающая		32 15-300 ГАЗ-320Б 23,58 Крутопадающая		32 100-300 Д-37М 29,44 Крутопадающая		40 120—500 ЯАЗ-М69-204Г 47,16 Падающая		55 600 ЯАЗ-М204Г 47,16 Жесткая
Таблица 5. Технические характеристики сварочных трансформаторов
Параметр	ТСП-2	ТС-300		ТД-ЗОО		СТН-450		СТШ-500		ТСД-1000
Напряжение, В: сети питания                                рабочее                                            без нагрузки                                    Границы регулирования силы сварочного тока, А Номинальная мощность, кВт	380/220 30 62 90-300 19,4	380/220 30 63 30-385 20		380/220 30 75 60-400 19,4		380/220 30 80 80-800 40		380/220 30 60 145-650 33		380/220 42 71 400-1200 78
Примечание.   Внешняя   вольт-амперная   характеристика   всех   сварочных   трансформаторов — па­дающая.

При изготовлении деталей дуговой сваркой возни­кают следующие нежелательные последствия: окисляется металл, поглощается азот, выгорают легирующие добавки, происходят объемные и структурные превращения, что приводит к короблению деталей, нарушению термической обработки и снижению твердости. Окисление металла понижает механические свойства и пластичность на­плавленных или сваренных участков. Поглощение азота за счет образования нитрида железа, марганца и других элементов увеличивает прочность сварного шва, однако резко уменьшает его пластичность.

Для уменьшения отрицательного влияния рассмотрен­ных явлений на изготавливаемые детали сварку или наплавку выполняют электродами с обмазкой. При вы­боре электродов необходимо учитывать их назначение. Если электроды применяют для сварки деталей из конструкционных сталей, их выбирают исходя из условий максимального приближения качества и свойств материала шва к ме­таллу изготавливаемой детали, чтобы твердость была одинаковой на всех участках. При сварки деталей из легированных сталей основным критерием является твердость наплавленного слоя и износостойкость.

Электроды для сварки обозначают буквой «Э» и двумя цифрами, например Э-42. Цифры после буквы свидетель­ствуют о прочности шва на разрыв.

Электроды для наплавки обозначают двумя буквами «ЭН» и цифрами, показывающими гарантированную твер­дость наплавленного слоя. Наплавочные электроды спе­циального назначения обозначают тремя буквами. На­пример, электрод типа ЭНР-62 расшифровывается так: электрод для наплавки режущего инструмента обеспечи­вает твердость слоя НКСэ 63.

Каждому типу электрода может соответствовать не­сколько марок обмазки. Обмазки электродов по составу подразделяют: на руднокислые — Р, рутиловые — Т, фто­ристо-кальциевые — Ф, органические — О. Наибольшее распространение в получили группы Р, Т и Ф. К группе Р относятся электроды ОММ-5, ЦМ-7, ЦМ-8; к группе Т — ЦМ-9, ОЗС-6, АНО-3; к группе Ф — УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65. Марки, типы электродов и их назначение приведены в табл. 6.

Таблица 6. Электроды для ручной дуговой сварки и наплавки

Электрод		Твердость поверхности НВ (HRCэ) после		Область применения
Марка	Тип	наплавки	закалки
ОММ-5	Э-42	120—140	-	Сварка и наплавка малоуглеродистых сталей
ОМА-2	Э-42	120—140	-
ЦМ-7	Э-42	120—140	-	Наплавка  поверхностей,  которые не требуют высокой твердости
УОНИ- 13/45	Э-45	140—200	_____
УОНИ- 13/55	Э-55	140—210	-
ОЗН-300	ЭН-15ГЗ-25	250—300	250—300	Наплавка деталей, работающих в условиях высокого контактного напряжения и ударного нагружения
ОЗН-400	ЭН-20Г4-40	370—430	-
ОМГ	ЭН-70Х 11-25	250—320	-	Наплавка деталей из стали 110Г13Л, работающих в условиях интенсивного абразив- ного ковшей экскаваторов и т. д.)изнашивания (звенья гусениц, зубья
ОМГ-Н	ЭН-70Х1ШЗ-25	250—310	-
ЦН-5 ЭН-60М	ЭН-25Х 12-40 ЭН-60Х2СМ-50	(41,5) (51,5)	(50) (61)	Наплавка деталей, быстроизнашивающихся и требующих механической обработки ре- жущим инструментом после наплавки (валы, оси, штампы и т. д.)
ЦШ-1	ЭН-ЗОХЗВ8	(41,5 после отжига)	(55)
Т-590 Т-620 вкн/ливт	ЭН-УЗОХ25РС2Г-60 ЭН-УЗОХ25Р2 С2ТГ-55	(56—60) (59—63) (57—61)	-	Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания (но­жи дорожных машин)

Порошковые электроды изготовляют из порошковой проволоки. На стержень могут быть нанесены покрытия (30—35 % массы стержня), состоящие из феррохрома, ферротитана, феррованадия и других компонентов. Твер­дость слоя, наплавленного электродами ПЭ-6ХЗВ10, после закалки 64—65 НКСЭ. Порошковые электроды с наполни­телями из доменного ферромарганца и У35Х717 образуют металлопокрытия высокой твердости (51,5—57 НКСЭ) и износостойкости.



Рис. 4. Зависимость диаметра электрода от толщины сваривае­мых деталей

Диаметр электрода выбирают в зависимости от тол­щины свариваемых деталей и размещения сварного шва в пространстве. При потолочной сварке применяют элек­троды диаметром около 4 мм, при вертикальной — до 5 мм. При сварке деталей толщиной до 4 мм диаметр электрода должен равняться толщине деталей. В других случаях для высококачественной свар­ки диаметр электрода можно определить, используя гра­фик, представленный на рис. 4. Сила сварочного тока зависит от допустимой плот­ности тока (10—20 А/мм²) и диаметра электрода. При диаметре электродов 3— 6 мм силу тока (А) опреде­ляют по формуле

I == md,

где m — коэффициент  (m = 35-60);   d — диаметр    электрода, мм.
2.    
Ручная дуговая сварка

Существует несколько наиболее распространенных спо­собов дуговой сварки.

Ручная дуговая сварка является далеко не совершенным способом, но универсальным технологическим процессом. Этим способом сваривают конструкции во всех простран­ственных положениях, из разных марок сталей, цветных сплавов в случаях, когда применение автоматических и полуавтоматических методов не представляется возможным, например при отсутствии требуемого оборудования, недо­статочного освоения технологического процесса.

Сварные соединения должны быть по возможности рав­нопрочными с основным металлом элементов конструкций при всех температурах во время эксплуатации, а также при всех видах нагрузок (статических, ударных, вибрацион­ных).

Слабыми участками в сварных соединениях могут быть швы, зоны термического влияния и сплавления.

Зоной термического влияния называют участок основного металла, прилегающий к швам, который в результате свар­ки изменяет механические свойства.

Последнее обстоятельство особенно часто имеет место при сварке термически обработанных, а также нагартованных сталей и сплавов.

Улучшение механических свойств сварных соединений достигается:

выбором рациональной конструктивной формы соеди­нения;

применением рациональных методов сварки;

термической и механической обработкой сварных кон­струкций после сварки.

Конструкции с равнопрочными сварными соединениями отвечают требованиям экономичности. Избыточная проч­ность сварного соединения по сравнению с целым элемен­том лишь удорожает конструкцию и не улучшает условий ее эксплуатации. Недостаточная прочность сварного соеди­нения снижает несущую способность всей конструкции и не позволяет полностью использовать рабочие сечения ее элементов. Поэтому из условия равнопрочности расчет­ные усилия соединения определяют:

при растяжении

Р = [s]_РА;

при   сжатии

р = [s]_сжА;

при  изгибе

М = [s]_РW,

где [s]_Р — допускаемое напряжение при растяжении; [s]_сж —допускаемое напряжение при сжатии; А — пло­щадь поперечного сечения; W — момент сопротивления се­чения.

В конструкциях со сварными соединениями в металле швов могут возникать напряжения двух родов: рабочие и связующие. Чтобы установить различие между рабочими и связующими напряжениями, рассмотрим несколько приме­ров.

На рис. 3.1, а изображены две полосы, соединенные стыковым швом. Полосы подвергаются растяжению. Оче­видно, что при разрушении шва разрушится и вся конструк­ция. То же самое произойдет и в соединении, изображен­ном на рис. 3.1, б.

Сварные соединения, разрушение которых влечет за собой выход из строя конструкции, называются рабочими; напряжения, действующие в этих конструкциях,— рабо­чими напряжениями.

Совершенно иначе работает наплавленный металл в шве, соединяющем две полосы, показанные на рис. 3.1, в. Наплавленный металл, соединяющий полосы, деформируется вместе с основным, при этом в нем возникают напряжения. Если модуль упругости наплавленного металла незначительно отличается от модуля упругости основного, то в швах при их работе в пределах упругих деформаций обра­зуются напряжения приблизительно той же величины, что и в растягиваемых полосах, Эти напряжения, возникающие в швах, вследствие их совместной работы с основным ме­таллом во многих случаях не опасны для прочности конст­рукций и называются связующими. Пример связующих швов показан на рис. 3.1, г.



Рис. 3.1.  Примеры рабочих (а, б) и связующих (в, г) швов

Основными типами сварных соединений являются сое­динения стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые. В свар­ных конструкциях наиболее целесообразны стыковые сое­динения.

Стыковые соединения. Подготовка кромок стыкового соединения определяется технологическим процессом свар­ки и толщиной соединяемых элементов. В табл. 6 приве­дены примеры подготовки кромок стыковых соединений при ручной дуговой сварке по ГОСТ 5264—80,

Можно видеть, что обозначения С1, С2 и т. д, соответст­вуют определенному характеру выполнения шва (односто­ронний, двусторонний, на подкладке и т. д.) и форме подготовленных кромок.
Таблица 6. Примеры стыковых соединений.









Если элемент работает на растяжение, то допускаемое усилие в сварном соединении

Р = [s']_рsl;

при сжатии

Р = [s']_сжsl;

где s — толщина основного металла, так как усиление шва не учитывается; l — длина шва; [s '] _р — допускаемое напря­жение растяжения сварного соединения; [s']_сж —допу­скаемое напряжение сжатия сварного соединения.

При работе элементов из высокопрочных сталей наиболее слабым участком в сварном соединении оказывается не металл шва, а прилегающая к нему зона, которая в резуль­тате термического действия дуги или образования концент­раторов напряжений может оказаться разупрочненной. В таких случаях необходимо заменить расчет прочности швов расчетом прочности соединений в ослабленных зонах с учетом особенностей механических свойств металла, его термической обработки и других факторов, зависящих от конкретных условий. Если стыковой шов направлен под углом а к усилию (как правило, a»45°), то его следует считать равнопрочным основному элементу.

Нахлесточные соединения. В нахлесточных соединениях швы называются угловыми.

При ручной сварке угловые швы имеют различные очер­тания: нормальные, условно принимаемые очерченными в форме равнобедренного треугольника, выпуклые, вогнутые (рис. 3.2, а. . .в).

Выпуклые швы нецелесообразны ни с технической, ни с экономической стороны. Они требуют больше наплавлен­ного металла, вызывают концентрацию напряжений.

Целесообразны швы, имеющие очертания неравнобедренных треугольников с отношением основания к высей 1,5 : 1,2 : 1,0 (рис. 3.2, г, д). В швах этого типа иногда производят механическую обработку концов, чтобы обеспечить плавное сопряжение наплавленного металла с основным (рис. 3.2,е). Подобного рода швы, как будет показано ниже, целесообразно применять в конструкциях работающих при циклических нагружениях.



Рис. 3.2. Очертания  угловых  швов:

а - нормальное;  б - выпуклое;   в - вогнутое;   г - с отношением катетов 1 : 1,5;

д - с отношением катетов 1 : 2; е - то же, с обработкой конца шва

В широкой практике конструирования распространение применение  угловых  швов  с  нормальными  очертаниями (рис.  3.2, а).  Размер  катета  углового шва  нормального очертания обозначают К.

Наименьшая толщина рабочих швов в машинострои­тельных конструкциях 3 мм. Исключение составляют кон­струкции, в которых толщина самого металла меньше 3 мм. Верхний предел толщины швов не ограничен, но применение швов, у которых К³20 мм, очень редко. В местах зажига­ния и обрыва дуги механические свойства швов ухудшают­ся, поэтому минимальную длину рабочих швов целесооб­разно ограничивать и принимать равной 30 мм. Швы мень­ших размеров применяют лишь в качестве нерабочих сое­динений. В зависимости от направления угловых швов по отношению к действующему усилию их разделяют на лобо­вые, косые, фланговые, комбинированные.

Лобовые швы направлены перпендикулярно усилию. В соединении, показанном на рис. 3.4, а, усилие Р переда­ется двумя лобовыми швами. Вследствие эксцентриситета элементы несколько искривляются. Расстояние между лобовыми швами следует принимать С>4s. На рис. 3.4, б усилие передается через один лобовой шов на накладку; далее это же усилие переходит с накладки на второй лист. Таким образом, в соединении этого рода имеется лишь один расчетный шов.

Рассмотрим несущую способность угловых швов. В ло­бовом шве возникает несколько составляющих напряжений (рис. 3.4, в): нормальные напряжения, а на вертикальной плоскости шва в зоне сплавления и касательные напряже­ния t на горизонтальной плоскости.

Фланговые   швы    направлены    параллельно    усилию (рис. 3.4, г). В них возникают два рода напряжений. В результате совместной деформации основного и наплавленного металла во фланговых швах образуются связующие
напряжения. Как было указано выше, их не учитывают при определении прочности соединения. По плоскостям соприкосновения валика флангового шва с каждым из листов, а также в самом валике возникают напряжения среза, которые являются рабочими напряжениями соединения.



Рис. 3.4. Соединения с лобовыми и фланговыми швами:

а - с двумя расчетными лобовыми швами; б - с одним лобовым швом;

в - схема усилия в лобовом шве; г - фланговые швы; д - косой шов;

е - комбинированное соединение; ж - прикрепление уголка

Косые швы направлены к усилию под некоторым углом а (рис. 3.4, д). Их часто применяют в сочетании с лобовыми и фланговыми.

Пример комбинированных швов приведен на рис. 3.4, е.

Распределение усилий в отдельных швах, составляющих комбинированное соединение, не одинаково.
Газовая сварка, аппаратура и оборудование.
1.    
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 t^o 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 t^o 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 t^o 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 газы	Температура пламени при сгорании в кислороде	Коэффициент замены ацетилена
Ацетилен	3150	1,05
Водород	2400-2600	5,2
Метан	2400-2500	1,6
Пропан	2700-2800	0,6
Пары керосина	2400-245	1-1,3

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 t^o 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 t^o 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.


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.



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.


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 t^o 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 75дм³   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

1.      Николаев Г. А., Винокуров В. А., Сварные конструкции. Справочник технолога: Учебн. для вузов/Под ред. Г. А. Николаева. -М: Высш. шк., 1990. -446с.: ил.

2.      Молодык Н. В., Зенкин А.С., Сварка деталей машин. Справочник. -М.: Машиностроение, 1989. -480 с.: ил.

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