Реферат. Газовая сварка и резка история развития
 Скачать 39.14 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» Кафедра машиностроения Реферат На тему: «Газовая сварка и резка- история развития» Выполнил ст. группы ТСб-191 Туравинин Владислав Александрович Преподаватель Сивушкин Александр Сергеевич СодержаниеВведение 3 1.Развитие газовой сварки и резки 4 2.Современные технологические процессы термической резки 7 3.Газовая сварка и резка металлов 11 Заключение 15 Список используемых источников 16 Введение Сварка - это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого. С помощью сварки между собой соединяются однородные и разнородные металлы, их сплавы, некоторые керамические материалы и пластмассы. Сварка является одним из наиболее широко распространенных технологических процессов в машиностроении, строительстве, ремонтном деле. Особое место среди видов термической сварки занимает газовая сварка. Способ газовой сварки был разработан в конце XIX 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, сравнительная простота оборудования и инструментов, большая универсальность позволили использовать газовую сварку для соединения небольших деталей из различных металлов и для всевозможных ремонтных работ в различных отраслях народного хозяйства, особенно в сельском хозяйстве. Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным металлам. Цели работы: получить знания по истории развития газовой сварки и резки Задачи работы: 1) изучить учебную, научно – популярную литературу по истории развития газовой сварки и резки; 2) расширить знания об истории развития газовой сварки и резки Развитие газовой сварки и резки Новый всплеск развития газопламенной обработки металлов приходится на период второй мировой войны и послевоенные годы. В частности в СССР в годы Великой Отечественной войны возникли новые предприятия по выпуску автогенного оборудования, такие как Барнаульский аппаратурно-механический завод, Свердловский автогенный завод № 2. В 1944г. создан специализированный Всесоюзный научно-исследовательский институт автогенной обработки металлов - ВНИИавтоген (ныне ВНИИавтогенмаш). Деятельность института направлена на научно-теоретическое изучение существующих технологических процессов и разработку новых, их механизацию и автоматизацию. За годы своего существования институт разработал несколько десятков новых прогрессивных технологических процессов и технологических материалов для газотермического напыления, газопламенной сварки, резки, наплавки, пайки, закалки и нагрева. Создал несколько сотен новых газорезательных машин, установок для наплавки, пайки и закалки, генераторов и другого оборудования для производства ацетилена, горелок, резаков, редукторов, металлизационных аппаратов и т.п. Кроме ВНИИавтогенмаша вопросами газопламенной обработки занимались и другие научно-исследовательские организации, например сварочные лаборатории МВТУ им. Н.Э. Баумана, Киевского и Ленинградского политехнических институтов, ЦНИИ Министерства путей сообщения, базовые сварочные лаборатории при некоторых крупных промышленных предприятиях и отраслевых институтах. В послевоенные годы создана специальная отрасль промышленности - автогенное машиностроение, в рамках которой был построен одесский завод «Автогенмаш», начавший выдавать продукцию в 1952г. На Воронежском экспериментальном заводе автогенного машиностроения, ранее производивший кислород и ацетилен, был организован выпуск ацетиленовых генераторов и оборудования для получения растворенного ацетилена. Позднее автогенную аппаратуру начал выпускать Кироваканский завод автогенного машиностроения, также построенный в рамках отрасли автогенного машиностроения [1]. В результате проводимых научных изысканий увеличивается количество процессов газопламенной обработки. Помимо кислородной резки и газовой сварки, получили развитие и многие другие процессы газопламенной обработки: металлизация, наплавка, поверхностная закалка, напыление и сварка пластмасс, газопламенная пайка и др. Но доминирующее значение по-прежнему имеет кислородная резка. В первые послевоенные годы широко стала внедряться резка с использованием пропан-бутана и природного газа, а в конце 40-х годов параллельно фирмой “Union Carbide and Carbon Corp” (США - ФРГ), институтом ВНИИавтоген и кафедрой сварочного производства МВТУ им. Баумана были разработаны и внедрены в производство способы кислородно-флюсовой резки. Период после 50-х годов характеризуется в основном качественными изменениями в технологии и оборудовании для газопламенной обработки. Особенно интенсивно развивается механизация и автоматизация процессов резки металла. Создаются машины для газокислородной резки, разрабатываются новые разновидности процессов и оборудования для кислородно-флюсовой резки, безгратовой резки, резки кислородом низкого давления, сплошной огневой зачистки проката и резки горячей стали в металлургии, газофлюсовой сварки и наплавки, «низкотемпературной» пайкосварки чугуна и цветных металлов и т.п. Весьма бурно развиваются механизация и автоматизация процессов газопламенной обработки металлов, в первую очередь это касается процессов газокислородной резки. Наибольших успехов в этом добились такие страны, как Япония, ФРГ, США. С начала 70-х годов прошлого столетия на крупных промышленных предприятиях широко начинают использоваться газорезательные машины с числовым программным управлением. Они позволяют производить высокоточную резку под сварку и механообработку заготовок любой конфигурации и сложности, с постоянной повторяемостью размеров и минимальными отклонениями этих размеров от номинала, а также чистотой поверхности реза, сопоставимой с этими же параметрами при механообработке. Существенным вкладом в решение проблемы качественных показателей кислородной резки является разработанный в конце 60-х - начале 70-х годов ВНИИавтогенмашем под руководством А. Н. Шашкова новый способ резки «смыв-процессом». На этом принципе разработаны специальные многоструйные резаки, сочетающие в себе преимущества способа скоростной резки с одновременным повышением чистоты поверхности реза. При резке «смыв-процессом» скорость резки в 1,5 - 2 раза выше, чем при обычной резке, а чистота поверхности соответствует 5 - 6 классу чистоты (Ra - 1,6). В 50-е годы кафедрой сварочного производства Киевского политехнического института проводятся исследования газодинамики кислородной струи, которые привели к разработке новой технологии резки кислородом низкого давления (0,1 - 0,4 МПа), позволяющей резать металл толщиной до 1,5 - 2 м. К началу 70-х этот процесс внедрен на большинстве металлургических предприятий СССР. Широкое развитие в 50-е - 60-е годы получила резка в металлургии, где она используется для обработки больших сечений и поверхностной резки металла, а также обработки металла, нагретого до температуры 500 - 1000 оС. Изучение механизма образования канавок при поверхностной резке приводит к разработке технологического процесса сплошной огневой зачистки поверхности горячего проката в потоке прокатки со скоростью 30 - 50 м/мин. Исследования основных закономерностей процесса кислородной резки горячей ста ли заканчиваются разраб откой технологии и аппаратуры дл я резки загот овок при непрер ывной разливке ста ли и отре зки прибылей н а отливках и з высоколегированной ста ли [2]. Современные технолог ические процессы термич еской резки Кислор одная резка, несм отря на некот орые ограничения, и сегодня оста ется одним и з основных проце ссов газопламенной обраб отки. Сущность кислор одной резки заключ ается в сжиг ании металла в кислороде и выдувании стр уей кислорода проду ктов горения. Дл я успешного проте кания процесса мет алл должен бы ть предварительно наг рет до темпер атуры его восплам енения в кисло роде. Процесс рез ки начинается с нагрева мета лла в начал ьной точке ре за до темпер атуры, достаточной дл я его восплам енения. Направленный н а нагретый учас ток, режущий кисл ород вызывает интенс ивное окисление верх них слоев мета лла, которые, сго рая, выделяют значит ельное количество тепл оты и нагре вают до темпер атуры воспламенения нижеле жащие слои, т. е. проц есс, в опреде ленной степени, вхо дит в реж им автонагрева. Эт о обстоятельство да ет предпосылки доста точно экономного расх ода горючего га за в проц ессе резки Проц есс резки лег ко поддается механи зации и автомат изации. Машины дл я кислородной рез ки могут рез ать углеродистые ста ли толщиной д о 300 мм нескол ькими резаками, в том чис ле и V- ил и Х-обра зной подготовкой кро мок под сва рку с одновре менной резкой. Он и дешевле плазм енных и лазе рных и бол ее просты в обслуживании. Некот орые специальные маш ины, например дл я металлургического произв одства, позволяют произв одить резку ста лей толщиной д о 1200мм. Маш ины для газокисл ородной резки осущес твляют разделительную и поверхностную рез ку. Условно и х можно классифи цировать следующим обра зом (Машиностроение. Энцикл опедия в сор ока томах. То м IV-6 Оборудование дл я сварки. М.: Машиностроение, 1999) Руч ную газокислородную рез ку также подраз деляют на раздели тельную и поверхн остную. Поверхностная рез ка заключается в снятии сл оя (как прав ило - дефектного) с поверхности мета лла, а так же вырезке одино чных канавок, напр имер удаление дефек тного сварного шв а. Разделительной рез ке подвергаются н е только мета ллы, но и некоторые неметалл ические материалы, напр имер бетон. Дл я этих цел ей в насто ящее время вс е более широ кое применение нахо дят газокислородные устан овки для рез ки бетона, устан овки кислородно-порош ковой копьевой рез ки, кислородно-флюс овой резки. В первом прибли жении оборудование дл я ручной газо вой резки мож но классифицировать следу ющим образом [3] Несм отря на кажущ уюся простоту проц есса, далеко н е все мета ллы поддаются газокисл ородной резке. Эт о, в пер вую очередь, связ ано с те м, что у большинства мета ллов температура плавл ения ниже темпер атуры воспламенения в кислороде, чт о и прив одит к невозмо жности процесса рез ки. Кроме то го, препятствием н а пути это го процесса зача стую становится высо кая температура плавл ения окислов мета лла, их недоста точная жидкотекучесть, высо кая теплопроводность мета лла и д р. факторы. Эт и ограничения в середине 50-х годов прош лого века прив ели к появл ению новых, бол ее концентрированных, че м газовое пла мя, источников нагр ева. Возникают проц ессы газоэлектрической, плазм енной, электронно-луче вой и (в 70-х год ах) газолазерной рез ки. Осваиваются спос обы обработки неметалл ических материалов высокотемп ературной порошково-кислор одной и термореа ктивной струями га за. Это обусл овило появление в технической литер атуре вместо собират ельного термина «газо вая» или «огне вая» резка, охватыв ающего различные проц ессы кислородной рез ки, нового, объедин яющего названия - «термич еская» резка, приня того Международным инсти тутом сварки. Лазе рная резка осно вана на тепл овом действии лазер ного луча и происходит пр и непрерывном ил и периодическом переме щении источника теп ла, сформированного специа льной оптической сист емой в пят но с высо кой плотностью мощн ости. В зависи мости от констру ктивных особенностей излуч ателя возможны непрер ывный (газовый лаз ер) и импул ьсный (твердотельный лаз ер) режим рез ки. В насто ящее время наибо льшее распространение дл я резки полу чили лазеры непрер ывного действия. Дл я повышения эффекти вности резки в зону обраб отки совместно с лазерным луч ом подается стр уя газа, способс твующая удалению проду ктов из зо ны реза, а в некот орых случаях и инициирующая химич ескую реакцию в месте воздей ствия на мет алл (газолазерная рез ка). В пер вом случае испол ьзуют инертные ил и нейтральные га зы (аргон, аз от, углекислый га з), во вто ром - кислород ил и воздух. Наибо льшее распространение полу чил способ рез ки лазерным излуч ением с пода чей струи кисло рода в зо ну реза соо сно с луч ом лазера. В конце 70-х - начале 80-х годов, сра зу после е е освоения газола зерную резку счит али наиболее перспек тивной среди вс ех способов термич еской резки. Действи тельно, начало бы ло многообещающим: возмож ность резки практи чески любых тол щин и люб ых материалов, в том чис ле и неметалл ических, ширина зо ны реза - до ли миллиметра, а чистота поверх ности реза так ова, что в большинстве случ аев вообще н е требуется дополни тельной механической обраб отки. Если теп ерь учесть, чт о современные маш ины для переме щения режущего инстру мента при термич еской резке, позво ляют производить высоко точную резку, т о становятся очеви дными преимущества газола зерной резки. Одн ако энергозатраты пр и лазерной рез ке перечеркивают вс е преимущества это го способа, н е говоря уж е о стоим ости оборудования, кото рая и н а сегодняшний де нь находится н а заоблачных высо тах. Достаточно сказ ать, что кп д газового (углекис лотного) лазера соста вляет порядка 12%, а твердотельного, напр имер, на алюмоит триевом гранате - н е превышает 2%. Кро ме того, долгове чность излучателей, зер кал и дру гих элементов соврем енных лазерных устро йств еще недост аточна. Даже в твердотельных лазе рных системах пр и мощностях излуч ения, не превыш ающих 0,5 кВт, ср ок службы зер кал составляет око ло 1000 ч. В системах боль шей мощности ср ок службы акти вных твердотельных элеме нтов не превы шает 500 ч, ла мп накачки - 100-200 ч. В нач але 80-х год ов для разв ития этих проце ссов лазерной рез ки и сва рки в МВ ТУ им. Баум ана была созд ана специальная кафе дра лазерной сва рки и рез ки. Исследования, провед енные учеными кафе дры, показали экономи ческую неэффективность лазе рной сварки, а лазерная рез ка может бы ть эффективна тол ько в некот орых случаях, ког да другие спос обы термической рез ки дают неудовлетв орительный результат[4] Плазм енная резка - эт о термическая рез ка сжатой электри ческой дугой. Сжа тие дуги произв одится соплом горе лки, потоком га за или внеш ним электромагнитным пол ем. Сжатая плазм енная дуга обла дает свойством самопрои звольно углубляться в металл, поэт ому ее назы вают проникающей плазм енной дугой. З а счет сжа тия дуги созда ется высокая концен трация тепловой энер гии, обеспечивающая достат очную производительность и хорошее каче ство резки. В качестве плазмообр азующего используют ка к однокомпонентные га зы (аргон, аз от, гелий, кисл ород), так и многокомпонентные (арг он + водород, воз дух, азот + кисл ород). В после дние годы дл я резки низкоугле родистых и низколеги рованных сталей шир око применяют очище нный от мас ла и вла ги воздух. Оборуд ование для плазм енной резки сост оит из плазмо трона (режущий инстр умент), источника пита ния электрической ду ги, блока управ ления процессом, газо вого хозяйства, сист емы охлаждения, механ изма перемещения плазмо трона вдоль лин ии реза. Плазм отрон имеет дв а основных уз ла: электродный и сопловый. П о принципу дейс твия электродного уз ла плазмотроны подразд еляются на образ ующие дуговую пла зму прямого дейс твия и косве нного действия. В первом слу чае положительным элект родом является разрез аемое изделие, следова тельно, использование так ого плазмотрона возм ожно только дл я резки электроп роводных материалов. Рез ка электроизоляционных матер иалов возможна тол ько с использ ованием плазмотрона втор ого типа. Бессп орным преимуществом плазм енной резки явля ется возможность термич еской резки практи чески любых матер иалов и спла вов. К недост аткам этого проц есса относится невыс окая эффективность (низ кая скорость) рез ки, особенно ста лей больших (50 м м и бол ее) толщин, высо кая стоимость оборуд ования, плохие санит арно-гигиенические характе ристики процесса, высо кий уровень шу ма. Газовая сва рка и рез ка металлов Сущн ость процесса газо вой сварки заключ ается в то м, что сварив аемый и присад очный металлы распла вляют теплом плам ени, получающимся пр и сгорании как ого-либо горю чего газа в смеси с кислородом, обы чно применяют горю чий газ ацет илен. По сравн ению с электро дуговой сваркой газо вая сварка малопроизв одительна. Газовую сва рку широко приме няют при изгото влении тонких стал ьных изделий толщ иной до 5 м м, при сва рке цветных мета ллов и и х сплавов, пр и исправлении дефе ктов в чугу нных и бронз овых отливках, а также пр и различных ремон тных работах [5]. Кисл ород применяют тр ех сортов: газооб разный технический 1-г о сорта с чистотой 99,7%; 2-г о сорта с чистотой 99,5% и 3-го сор та с чист отой 99,2%. Примеси азо та и арг она в технич еском кислороде соста вляют 0,3--0,8%. Кислород пр и нормальной темпер атуре представляет соб ой газ бе з цвета и запаха. Темпер атура (по Цель сию) сжижения кисло рода при норма льном атмосферном давл ении -182,96°, при -218,4° жид кий кислород перех одит в твер дое состояние. Пр и сгорании горю чих газов в смеси с кислородом темпер атура пламени значит ельно повышается п о сравнению с температурой плам ени, получающейся пр и сгорании эт их газов в смеси с воздухом. Пр и нормальном атмосф ерном давлении и температуре 20°С масса 1 м3 газообразного кисло рода равна 1,33 к г. Из 1 л жидкого кисло рода при испар ении получается 790 л газообразного. Жид кий кислород транспо ртируют в специа льных теплоизолированных сосу дах -- танках. Газооб разный кислород транспо ртируют в стал ьных баллонах по д давлением 150 кг с/см2. Пр и соприкосновении с маслами кисл ород взрывоопасен. Ацет илен представляет соб ой химическое соеди нение углерода с водородом (химич еская формула С2Н2). Темпер атура пламени пр и сгорании в смеси с кислородом д о 3200°С. Пр и нормальном атмосф ерном давлении и температуре 20°С масса 1 м3 ацетилена 1,091 к г. При темпер атуре от -82,4° д о -83,6° ацетилен превра щается в жидк ость. При пониж ении температуры д о -85°С ацет илен превращается в твердое веще ство. В жид ком и твер дом состоянии ацет илен очень взрыво опасен и взрыв ается от тре ния или уда ра. При нагре вании ацетилена д о 200--300°С о н превращается в бензол. В газообразном состо янии ацетилен взрыво опасен при одновре менном повышении давл ения до 2 кг с/см2 и температуры д о 450--500°С, а также в смеси с кислородом ил и воздухом. Ацети лено-кислородная сме сь взрывоопасна пр и наличии в ней 2,8--93% ацети лена по объ ему. Ацетилено-возду шная смесь взрыво опасна при нали чии в не й 2,2--81% ацетилена п о объему. Транспо ртируют ацетилен в стальных балл онах под давле нием 2 МПа. Полу чают ацетилен и з карбида каль ция путем воздей ствия на после дний водой. Пр и реакции с водой 1 к г карбида каль ция дает 230--280 л газообразного ацети лена. После реак ции получают газооб разный ацетилен С2Н2 и гашеную изве сть Са(О Н)2: СаС2+2Н2О=С2Н2+С а(ОН)2. Кар бид кальция полу чают сплавлением изве сти и кок са в электри ческих печах пр и температуре 1900--2300°С. Карбид каль ция транспортируют в специальных стал ьных герметически закр ытых барабанах. Мас са барабанов с карбидом каль ция может бы ть 50--130 кг.
Газопламенная поверхн остная закалка и объемная термич еская обработка ста лей в после дние годы исполь зуется редко, и х активно вытес няют более эффект ивные и производ ительные методы, так ие как зака лка токами высо кой частоты, химич еское поверхностное упроч нение, термическая обраб отка с нагр евом в индукц ионных печах и т.п. Однако в индивидуальном произв одстве, где приобр етение специального дорогос тоящего оборудования нецелесо образно, газопламенная термооб работка остается и в обозр имом будущем остан ется доминирующем технолог ическим процессом [6]. Заключение Таким образом, в результате проведенного исследования темы реферата, можно сделать следующие выводы. Газовая сварка - это сварка плавлением, при которой металл в зоне соединения нагревают до расплавления газовым пламенем. 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. Как и любая технология, газовая сварка имеет как преимущества, так и недостатки. Преимущества газовой сварки: простота; не требует сложного и дорогого оборудования; не требует источника электроэнергии; возможность в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла. Недостатки газовой сварки: меньшая скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке; концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке; благодаря сравнительно медленному нагреву металла пламенем и относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины свариваемого металла; 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 Список исполь зуемых источников 1. А.С. Сафонов «автомоб ильные топлива» Сп б.: НПИКЦ, 2002 2. Н.Б. Кирич енко «Автомобильные и эксплуатационные матер иалы» М.: Акад емия, 2003 3. М.А. Масенко. «автомоб ильные материалы» М.: Транспорт, 1979 4. Сва рка в СС СР. Том 1. Разв итие сварочной техно логии и нау ки о сва рке. Технологические проц ессы, сварочные матер иалы и оборуд ование. – М.: Нау ка, 1981. – 536 с. 5. Сва рка в СС СР. Том 2. Теорети ческие основы сва рки, прочности и проектирования. Сваро чное производство. – М.: Наука, 1981. – 494 с. 6. Чеканов А.А. Нико лай Николаевич Бена рдос (1842-1905). – М.: Нау ка, 1983. – 142 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||