Книга. Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка
 Скачать 6.42 Mb.
|
|
При воздушно-дуговой и кислородно-дуговой резке металл расплавляется теплом электрической дуги, а затем выдувается из зоны реза сжатым воздухом или струей кисло- рода. При этом небольшая часть металла сгорает в кислороде. Этот способ применяют для удаления дефектных мест под заварку и разделительной резки листов из нержавеющей стали толщиной до 20 мм. Резку проводят на постоянном токе угольным (графитовым) электродом с помощью специальных резаков. Подача сжатого воздуха обычно боковая под давлением Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 80 0,4–0,5 МПа. Струя кислорода подается к месту реза параллельно угольному или графито- вому электроду, иногда применяют специальные плавящиеся трубчатые электроды с пода- чей кислорода через внутреннее отверстие. Резка плазменной струей основана на расплавлении металла в месте реза и его выду- вании потоком плазмы. Плазменную струю используют для резки металла толщиной от долей до десятков миллиметров. Благодаря высокой температуре и большой кинетической энергии плазменной струи такой резке подвергаются практически все металлы. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 81 Технология газовой сварки Газовая сварка – это сварка плавлением, при которой для нагрева используется теп- лота пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки. Соединение образуется при плав- лении кромок соединяемых металлов и присадочного материала за счет теплоты пламени сжигаемых газов. Для получения газосварочного пламени сжигают ацетилен и другие газы и вещества в технически чистом кислороде 19 Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1–3 мм, монтаже труб малого и среднего диаметров, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и свинца, сварке чугуна с применением в качестве присадки чугунных, латунных и бронзовых прутков, наплавке твердых и других сплавов на стальные и чугунные детали. Она проста, универсальна, не требует дорогостоящего обору- дования и мощного источника электрической энергии. К недостаткам относятся меньшая скорость и большая зона нагрева, чем при дуговой сварке. Кроме того, газовая сварка – источник повышенной пожаро– и взрывоопасности. Качество сварных соединений, выполняемых газовой сваркой, выше, чем дуговой электродами с тонкой обмазкой, но несколько ниже, чем качественными электродами. Дело в том, что при газовой сварке не происходит легирования наплавленного металла, в то время как при дуговой сварке качественными электродами, в обмазке которых содержатся ферросплавы, производится довольно значительное легирование. Производительность газовой сварки, высокая при малой толщине основного металла, быстро снижается с увеличением его толщины. При толщине металла 0,5–1,5 мм производи- тельность газовой сварки может быть выше, чем дуговой. С увеличением толщины металла до 2–3 мм скорости газовой и дуговой сварки становятся одинаковыми, а затем разница быстро возрастает с увеличением толщины металла в пользу дуговой сварки. При малой толщине абсолютный расход газов на 1 м сварного шва невелик, но с увеличением толщины основного металла быстро растет расход газов и времени на сварку, и газовая сварка стано- вится дороже дуговой; разница в стоимости быстро увеличивается с возрастанием толщины основного металла. К особенностям газовой сварки следует также отнести почти исключительное выпол- нение сварных швов за один проход. Получение швов в несколько слоев, широко практику- емое в дуговой сварке, почти не применяется при газовой. Газовое пламя менее яркое, чем сварочная дуга, оно не обжигает лицо, поэтому для защиты глаз сварщика достаточно очков с цветными стеклами. Материалы, применяемые при газовой сварке При газовой сварке в качестве окислителя применяют кислород, а горючими газами служат ацетилен, водород, пропан и др. 19 Для сварки большинства металлов пригодно пламя с температурой не ниже 2500–3000 °C. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 82 Газообразный кислород (О 2 ) бесцветен, не имеет запаха и вкуса, немного тяжелее воздуха. Плотность кислорода при атмосферном давлении и температуре 20 °C равна 1,33 кг/ м 3 . Активно поддерживает горение и служит для повышения температуры газового пламени при сгорании горючего газа. Согласно ГОСТ 5583-78 газообразный технический кислород выпускают трех сортов с разной степенью чистоты, %: I сорт – 99,7; II сорт – 99,5; III сорт – 99,2. Кислород способен образовывать взрывоопасные смеси с горючими газами или парами жидких горючих веществ, а при его соприкосновении с органическими соединениями (масла, жиры и другие вещества) может произойти самовоспламенение. Газообразный ацетилен (С2Н2) – бесцветный газ, имеющий специфический чесноч- ный запах из-за присутствия примесей: фосфористого водорода, сероводорода и др. Аце- тилен легче воздуха: при атмосферном давлении и температуре 20 °C его плотность равна 1,09 кг/м 3 . Хорошо растворяется в жидкостях, особенно в ацетоне, становясь более безопас- ным. Используется для формирования газового пламени при сгорании в струе кислорода. Преимущество ацетилена перед другими горючими газами – возможность получения наи- более высокой температуры пламени (до 3200 °C). На месте сварки ацетилен получают в газогенераторах путем разложения карбида каль- ция водой или используют пиролизный 20 ацетилен. Последний к месту сварки доставляют растворенным в ацетоне в виде пористой массы, заключенной в стальной баллон. Пиролиз- ный ацетилен дешевле, чем получаемый из карбида кальция. Ацетилен образует с кислородом, содержащимся в воздухе, взрывоопасные смеси при нормальном атмосферном давлении. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие 7—13 % ацетилена. Ацетилен может взрываться и без окислителя! Водород (Н 2 ) при атмосферном давлении и температуре 20 °C – горючий газ без цвета и запаха. Плотность водорода равна 0,084 кг/м 3 , он в 14,5 раза легче воздуха. Водород пред- назначен для формирования газового пламени при сгорании в струе кислорода. Температура пламени составляет 2600 °C. Водородно-кислородное пламя бесцветное, не имеет четких очертаний, что затрудняет его регулирование. Хранится и поставляется в газообразном состоянии в стальных баллонах объемом 5, 10, 20 и 40 л. 20 Пиролизным называют ацетилен, вырабатываемый из природного газа. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 83 Водород образует с кислородом (2 объема водорода и 1 объем кислорода) взрывоопасную гремучую смесь. Технический пропан – это смесь пропана (С 3 Н 8 ) и пропилена (С3Н6), представляю- щая собой при нормальных условиях бесцветный газ, не имеющий запаха. Для безопасного пользования в состав смеси добавляют сильнопахнущие вещества – одоранты. Газ тяжелее воздуха, при атмосферном давлении и температуре 20 °C его плотность составляет 1,88 кг/ м 3 . Применяется для формирования газового пламени с температурой 2700 °C в качестве заменителя ацетилена. Поставляют пропан к месту сварки в стальных цельносварных баллонах в сжиженном состоянии. Пропан огнеопасен. Может скапливаться в приямках, подвалах и колодцах, образуя взрывоопасную смесь. МАФ-газ – метилацетилен-алленовая газообразная фракция, образующаяся в про- цессе переработки природного газа и нефтепродуктов, обладающая хорошими теплофизи- ческими свойствами. Газ тяжелее воздуха, плотность при нормальных условиях равна 1,9 кг/ м 3 . Обладает резко выраженным запахом. МАФ-газ применяют в качестве заменителя ацетилена при газовой сварке. Он в два раза дешевле ацетилена, а температура пламени при его сгорании достигает 2930 °C. Газ поставляют к месту сварки в сжиженном состоянии в цельносварных баллонах (таких же, как и для пропана). В баллоне вместимостью 50 л и весом 22 кг содержится 21 кг газа. Склонность к обратному удару газа МАФ незначительна. По сравнению с ацетиленом МАФ имеет более мягкое пламя, что дает свои преимущества при работе с металлом малых толщин, с цветными металлами, а также при контурной резке изделий. В то же время ядро даже нейтрального пламени при использовании газа МАФ длиннее ацетиленового в 1,5–2 раза. Технология газопламенной обработки при использовании газа МАФ в основном такая же, как и при использовании ацетилена. В качестве аппаратуры могут применять горелки, резаки, редукторы и другие устройства, предназначенные для работы с ацетиленом и на сжи- женных газах (пропанобутановых смесях). Присадочную проволоку лучше применять ту, которая больше подходит для сварки пропаном. На баллоне с газом может использоваться редуктор, применяемый на пропановых бал- лонах. По сравнению с пропанобутановой смесью при сварке стали газом МАФ расход кис- лорода в 1,5 раза меньше. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 84 Смесь МАФ-газа (3,4—10,8 % по объему) с воздухом взрывоопасна. Газ может скапливаться в подвалах, колодцах и приямках, образуя взрывоопасную смесь. Сварочный флюс – материал, применяемый при сварке для химической очистки соединяемых поверхностей и улучшения качества шва. Необходимость использования флюсов при сварке цветных металлов и сплавов, леги- рованных сталей и чугуна продиктована тем, что при нагревании металлов до высокой тем- пературы на их поверхности образуется пленка оксида, которая при расплавлении перехо- дит в сварочную ванну и препятствует образованию высококачественного сварного шва. Флюсы обеспечивают раскисление расплавленного металла сварочной ванны, а также уда- ление из него образовавшихся оксидов и неметаллических включений. Шлаки, всплываю- щие на поверхность сварочной ванны, предохраняют металл шва от воздействия атмосфер- ного воздуха. При необходимости использования флюса его наносят на свариваемые кромки или вносят в сварочную ванну оплавляемым концом присадочного прутка (налипающим на него при погружении во флюс). Флюсы можно использовать и в газообразном виде при подаче их в зону сварки с горючим газом. Для сварки низкоуглеродистых сталей флюс не используют. При сварке сталей высо- коуглеродистых марок (с содержанием углерода более 0,6 %) флюсом, как правило, служит бура (тетраборат натрия – натриевая соль борной кислоты). Что касается легированных сталей, то лишь при сварке хромистых и хромоникелевых сталей марок 03Х18Н9Т и 06X15Т толщиной до 2 мм применяют флюсы таких составов: – 80 % плавикового шпата и 20 % ферротитана; – 80 % буры и 20 % оксида кремния. Флюс разводят в воде и в виде пасты наносят на кромки и обратную сторону шва за 15–20 мин до сварки. Флюсы для сварки чугуна. Горячая сварка чугуна предполагает обязательное исполь- зование флюсов. Обычно применяют порошковые кислые флюсы, в состав которых входят боросодержащие вещества (см. табл. 17). При низкотемпературной сварке чугуна с помощью чугунных прутков и латунных при- поев, а также при пайкосварке используют флюсы, характеристики которых приведены в табл. 18. Снижение температуры при низкотемпературной газовой сварке чугуна до 670– 750 °C достигается применением специальных флюсов, в то время как процессы пайко- сварки чугуна протекают при температуре 750–950 °C. Флюсы для сварки алюминия. При газовой сварке алюминия и его сплавов важ- ное значение имеет состав флюса, поскольку он должен перевести тугоплавкую оксидную пленку (А12О3) на поверхности алюминия в легкоплавкие шлаковые включения, которые образуют корку, защищающую шов. Марки и состав флюсов приведены в табл. 19. Флюсы для сварки меди. Для растворения образующихся оксидов, в том числе оксида меди, при переводе их в легкоплавкие шлаки и предотвращении окисления расплавленного металла в газовой сварке меди необходимо использовать флюсы, рекомендуемые составы которых приведены в табл. 20. Присадочными материалами являются проволока, прутки (стержни), полоски металла, близкие по свойствам свариваемому металлу. При проведении сварки они обеспе- Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 85 чивают дополнительный металл для заполнения зазора между свариваемыми кромками и образования сварного шва требуемой формы. Основным присадочным материалом служит сварочная проволока. При сварке углеродистых и легированных сталей применяют холоднотянутую сва- рочную проволоку. Согласно ГОСТ 2246-70, ее обозначение состоит из букв Св (сварочная) и написанного через дефис буквенно-цифрового обозначения марки стали. Перед буквами Св проставляют диаметр проволоки в диапазоне 0,3—12,0 мм. Буква А в конце условного обо- значения марок низкоуглеродистой и легированной проволоки свидетельствует о повышен- ной чистоте металла с точки зрения содержания серы и фосфора. Двойная буква А указывает на пониженное содержание серы и фосфора по сравнению с предыдущей проволокой. После обозначения марки стали через дефис могут быть написаны следующие заглавные буквы: Э – проволока для изготовления электродов; О – омедненная проволока; БД – полученная вакуумно-дуговым переплавом, Ш – электрошлаковой выплавкой, ВИ – вакуумно-индукци- онным способом. Для газовой сварки серого чугуна выпускают чугунные прутки ∅4, 6, 8, 10, 12 и 16 мм. Маркировку торца прутков выполняют краской черного (ПЧ-1), белого (ПЧ-2), красного (ПЧ-3), синего (ПЧН-1), коричневого (ПЧН-2), желтого (ПЧИ) или зеленого (ПЧВ) цвета. Для газовой сварки меди, медно-никелевых сплавов, бронз и латуни применяют сва- рочную проволоку, отвечающую ГОСТ 16130-90. Ее диаметр составляет 0,8–8 мм. Условное обозначение присадочной проволоки из меди или ее сплава соответствует классификации этих материалов по следующим признакам: – способу изготовления (холоднодеформированная (тянутая) – Д; горячедеформиро- ванная (прессованная) – Г); – форме сечения – КР (проволоку изготавливают исключительно круглого сечения); – механическим свойствам (мягкая – М, твердая – Т); – виду поставки (мотки или бухты – БТ, катушки – КТ, барабаны – БР, сердечники – CP, немерной длины – НД). При сварке алюминия и его сплавов используют тянутую и прессованную проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов, соответствующую ГОСТ 7871-75. Ее диаметр состав- ляет 0,8—12,5 мм. Условные обозначения при маркировке характеризуют: – способ изготовления (тянутая – В, прессованная – П); – вид обработки (нагартованная – Н, отожженная – М); – вид поставки (мотки (бухты) – БТ, катушки – КТ). Оборудование для газовой сварки Ацетиленовые генераторы Ацетиленовый генератор – аппарат, предназначенный для получения газообразного ацетилена посредством разложения карбида кальция водой. Из 1 кг карбида кальция в зави- симости от размеров его кусков и степени чистоты можно получить 235–285 дм 3 ацетилена. Однако применение газогенераторов в быту и в небольших мастерских нецелесообразно: они более взрывоопасны, нежели баллоны, и потому в сварочном комплекте возрастает коли- чество предохранительных устройств; обслуживать их сложнее; подготовка к работе зани- мает гораздо больше времени, чем при работе с баллонами; отработанный ил сливают только в специальные ямы или бетонные хранилища. К тому же по завершении даже незначитель- ных сварочных работ следует выработать весь загруженный объем карбида кальция – посте- пенно стравить ацетилен в атмосферу или дожечь его горелкой. Поэтому использование аце- тиленовых генераторов оправданно только при промышленных объемах работ. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 86 Баллоны Баллон – это металлическая емкость для хранения и транспортирования газов в сжа- том, растворенном и сжиженном состояниях. Кислородный баллон изготовлен из углеродистой (150У) и легированной (150Л) стали согласно ГОСТ 949-73 и имеет стальной цельнотянутый цилиндрический корпус с выпук- лым днищем, на которое напрессован башмак (рис. 30, а). Вверху баллон заканчивается гор- ловиной с резьбовым отверстием, в которое ввернут запорный вентиль. На наружную резьбу горловины баллона навернут предохранительный колпак. Высота стандартного баллона 40-150У равна 1370 мм, диаметр – 219 мм, толщина стенки – 7 мм, вместимость – 40 дм 3 , масса без газа – 67 кг. Баллон рассчитан на рабочее давление 15,0 МПа (150 кгс/см 2 ); испытательное давление составляет 22,5 МПа (225 кгс/ см 2 ). В полном баллоне объем кислорода, соответствующий атмосферному давлению и тем- пературе 20 °C, равен 6 м 3 Цвет баллона голубой, надпись – черная. Наряду с баллонами вместимостью 40 дм 3 выпускают и баллоны меньшей вместимо- сти – 20, 10, 5 и 1 дм 3 (рис. 30, б). Вентиль кислородного баллона изготавливают из латуни, так как сталь активно корро- дирует в среде сжатого кислорода, а маховики и заглушки – из стали, алюминиевых сплавов и пластмассы. Рис. 30. Газовые баллоны для сварки: а – кислородный баллон вместимостью 40 л (1 – днище; 2 – башмак; 3 – корпус; 4 – горловина; 5 – вентиль; 6 – предохранительный колпак); б – кислородный баллон вмести- мостью 10 л; в – ацетиленовый баллон (1 – корпус; 2 – вентиль; 3 – азотная подушка; 4 – пористая масса с ацетоном; 5 – башмак; 6 – предохранительный колпак); г – баллон для про- пана вместимостью 55 л (1 – табличка с паспортными данными; 2 – корпус; 3 – днище; 4 – башмак; 5 – подкладные кольца; 6 – горловина; 7 – вентиль; 8 – предохранительный колпак) Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 87 Количество кислорода в баллоне приближенно определяют, решая следующую пропорцию: при атмосферном давлении (0,1 МПа) в баллоне находится 40 дм 3 газа; если давление в баллоне равно 15 МПа, то до объема 40 дм 3 можно сжать 40–15/0,1 = 6000 дм 3 , или 6 м 3 , кислорода. Ацетиленовый баллон большой емкости имеет такие же размеры, как и кислородный вместимостью 40 дм 3 (рис. 30, в). Масса баллона без газа 83 кг, рабочее давление ацетилена 1,9 МПа (19 кгс/см 2 ), максимальное давление 3,0 МПа (30 кгс/см 2 ). Ацетиленовый баллон заполняют пористой массой из активированного древесного угля, которую пропитывают ацетоном из расчета 225–300 г на 1 дм 3 вместимости баллона. Ацетилен, хорошо растворяясь в ацетоне, становится менее взрывоопасным. Более экономичны баллоны с литой пористой массой, способные вместить 7,4 кг рас- творенного ацетилена, тогда как баллоны с активированным углем – только 5 кг. На баллоне с литой пористой массой ниже надписи «АЦЕТИЛЕН» красной краской нанесены буквы ЛМ. Такие баллоны поставляют с азотной подушкой. При отборе ацетилена из баллона удаляется и часть ацетона в виде паров. Для умень- шения потерь ацетона во время работы необходимо располагать баллоны в вертикальном положении и отбирать ацетилен со скоростью, не превышающей 1,7 м 3 /ч. В наполненном баллоне вместимостью 40 дм 3 при рабочем давлении и температуре воздуха 20 °C объем газообразного ацетилена, соответствующий нормальным условиям, равен 5,5 м 3 Цвет баллона белый, надпись – красная. Отпускают ацетилен также в баллонах емко- стью 1, 5, 10, 15 и 20 л. Отличительной особенностью вентиля ацетиленового баллона является отсутствие маховика и штуцера. В корпусе вентиля имеется боковая канавка, в которую устанавливают штуцер ацетиленового редуктора, прижимая его специальным хомутом через кожаную про- кладку. Такая конструкция вентиля не допускает случайной установки другого редуктора во избежание образования взрывоопасной смеси. Еще одна отличительная особенность вентиля ацетиленового баллона состоит в том, что его открывание, закрывание и присоединение с его помощью редуктора к баллону осу- ществляются специальным торцевым ключом. Для определения объема ацетилена баллон взвешивают до и после наполнения газом и по разности показателей и плотности ацетилена находят объем газа, находящегося в баллоне. Например, масса баллона с ацетиленом 89 кг, пустого – 83 кг. Масса ацетилена в баллоне: 89–83 = 6 кг. Плотность ацетилена при атмосферном давлении и температуре 20 °C равна 1,09 кг/м 3 . Следовательно, объем ацетилена при этих условиях составляет 6/1,09 = 5,5 м 3 |