Гордиенко В.Е., Степанов С.А., Кнышев Ю.В. Сварка. Часть 1 Основные способы сварки

Подождите немного. Документ загружается.

3. Пользуясь справочниками, стандартами и рекомендациями дан-

ной лабораторной работы, студенты устанавливают или определяют:

а) форму и элементы подготовки кромок стержней под сварку;

б) для ручной дуговой сварки – тип и марку электрода, род тока,

полярность, диаметр электрода, силу сварочного тока;

в) для механизированной сварки – скорость подачи проволоки, ее

диаметр, начальное напряжение дуги

, длину вылета электрода, глубину

шлаковой ванны, флюс и его дозу;

г) технику манипулирования электродом и электродной прово-

локой.

4. Студенты взвешивают стержни до сварки.

5. Под руководством учебного мастера собирают инвентарные

формы и устанавливают их на сварочный стол.

6. Производят сварку стыков арматурной стали ручной дуговой

и механизированной сваркой, фиксируя при этом время

горения элект-

рической дуги, расход электродов и электродной проволоки.

7. После окончания сварки и остывания расплавленного металла

формы разбирают, а сварной шов очищают от шлака.

8. Взвешивают шлак и сваренные стержни.

9. Определяют массу наплавленного металла, расход электродов

и электродной проволоки на стык, полное время сварки. Расход электро-

дной проволоки рассчитывают исходя из

того, что потери металла на угар

и разбрызгивание при сварке под флюсом составляют 2...5 % от массы

наплавленного металла.

10. Оценивают удельный расход флюса по формуле

(5.1)

где G

– масса флюса; G

– масса наплавленного металла.

11. Визуально оценивают качество сварки – чешуйчатость поверх-

ности сварного шва, трещины всех видов и направлений, наплывы, под-

резы, не заваренные кратеры, непровары, пористость, отсутствие плав-

ных переходов от одного сечения к другому.

12.Производят сравнение производительности ручной дуговой свар-

ки и механизированной.

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы.

2. Схема, сущность и достоинства ванной сварки стержней арма-

турной стали.

3. Выбор и расчет параметров ванной сварки.

4. Техника выполнения ванной сварки.

5. Результаты выполнения практической части работы.

6. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 6

ГАЗОВАЯ СВАРКА

Цель лабораторной работы – ознакомление с сущностью процес-

сов, способов, оборудованием и технологическими возможностями га-

зовой сварки металлов и сплавов. При выполнении лабораторной рабо-

ты необходимо:

1) изучить сущность и способы газовой сварки, ее достоинства,

недостатки и рациональные области применения;

2) изучить устройство поста газовой сварки;

3) ознакомиться с

техникой выполнения газовой сварки и экспери-

ментально исследовать влияние состава газосварочного пламени на его

взаимодействие с металлом;

4) ознакомиться с технологией газовой сварки.

Оснащение участка лабораторной работы:

оборудование – пост ацетилено-кислородной сварки, горелки

различных марок, секундомер, весы, линейка металлическая, керн, мо-

лоток, зубило, слесарные тиски, оправка;

материалы – пластины из низкоуглеродистой стали толщиной

3…5 мм, прутки стальной проволоки марки Cв-08А диаметром 3…4 мм;

плакаты – схемы поста газовой сварки, устройств ацетиленово-

го и кислородного баллонов, ацетиленовых генераторов, газовых горе-

лок, редукторов, строение ацетилено-кислородного пламени;

справочная литература – выписки из инструкций, справочни-

ки, ГОСТы.

1. Сущность и способы газовой сварки

Газовая сварка – это сварка плавлением, при котором для нагрева

используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горел-

ки. В качестве горючих газов для сварки используются: ацетилен (C

пропан-бутановые смеси (C

+ C

), природный газ, водород. В каче-

стве окислителя используется кислород.

На практике наибольшее применение находит ацетилено-кислород-

ная сварка, поскольку ацетилен дает наиболее высокую температуру пла-

мени и выделяет наибольшее количество теплоты при сгорании.

Ацетилено-кислородное пламя состоит из трех зон (рис. 6.1): ядра 1,

средней (восстановительной) зоны 2 и факела 3.

В зоне 1 происходит постепенный нагрев до температуры воспла-

менения газовой смеси, поступающей из мундштука, и разложение аце-

тилена на углерод и водород.

T, qС

, м

3000

2000

1000

Рис. 6.1. Распределение температур по зонам сварочного пламени:

1 – ядро; 2 – восстановительная зона; 3 – факел

В зоне 2 происходит первая стадия горения ацетилена за счет кис-

лорода, поступающего вместе с ацетиленом из горелки. Эта зона имеет

самую высокую температуру и обладает восстановительными свойства-

ми, поэтому зону 2 называют сварочной или рабочей.

В зоне 3 протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмос-

ферного кислорода. Эту зону

называют окислительной, так как углекис-

лый газ и пары воды, образующиеся в результате горения при высоких

температурах, окисляют металл.

Ацетилен – кислородное пламя в зависимости от соотношения

в смеси количеств составляющих газов может быть нормальным, окис-

лительным и науглероживающим. Характеристика видов ацетилено-кис-

лородного пламени приведена в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Вид пламени Соотношение

Краткая характеристи-

ка пламени

Основная

часть

Нормальное

(восстановительное)

1,1…1,3

Четко очерченное ядро

пламени, восстанови-

тельная зона и факел.

Длина восстанови-

тельной зоны до 20 мм

Сварка

стали,

меди,

бронзы и

алюминия

Окислительное Более 1,3

Укороченное, заост-

ренное ядро с нечет-

ким очертанием

Сварка

латуни

Науглероживающее Менее 1,1

Ядро увеличенное рас-

плывчатого очертания,

на конце которого об-

разуется зеленый вен-

чик

Сварка

чугуна

Газовое пламя является местным поверхностным теплообменным

источником теплоты, позволяющим весьма гибко регулировать распре-

деление ее по заданным участкам поверхности изделия, а также между

основным и присадочным металлом.

Газовое пламя характеризуется наибольшими размерами пятна на-

грева d, сравнительно низкими значениями удельного теплового потока

q и эффективной мощности источника нагрева Q

эф

(табл. 6.2).

Таблица 6.2

Источник нагрева Q

эф

, кВт q, кВт/см d, мм

Газовое пламя 1...10 0,2...0,5 10...100

Электрическая дуга 0,1...80 5...100 1...50

В зону пламени подается присадочный материал в виде прутка или

проволоки. Под действием тепла, выделившегося в пламени горелки,

происходит расплавление кромок свариваемого металла 1 и присадоч-

ного материала 5, в результате чего образуется ванна расплавленного

металла 4. По мере перемещения сварочной горелки происходят крис-

таллизация металла сварочной ванны и образование сварного шва. Схе-

ма процесса газовой сварки приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Принципиальная схема газовой сварки:

1 – свариваемый металл; 2 – наконечник газовой горелки; 3 – газосварочное

пламя; 4 – сварочная ванна; 5 – присадочный материал

Свойства металла шва в значительной мере определяются процес-

сами окисления и раскисления в сварочной ванне при взаимодействии

газовой и шлаковой фазы с жидким металлом.

Ввиду относительно невысокого защитного и восстановительного

действия пламени раскисление шва достигается введением в сварочную

ванну марганца и кремния посредством использования присадочного

металла соответствующего сплава. Положительное влияние этих раскис-

лителей

состоит в создании жидкотекучих Si–Mn–Fe-шлаков, способству-

ющих самофлюсованию сварочной ванны. Образующаяся на ее поверх-

ности шлаковая пленка защищает расплавленный металл от кислорода

и водорода газовой среды пламени.

При сварке чугуна, цветных металлов и сплавов удаление образую-

щейся на поверхности сварочной ванны окисной пленки достигается

введением флюсов (техническая и прокаленная бура и

др.), предохраня-

ющих металл шва от окисления.

Структурные превращения в сварном шве и околошовной зоне ха-

рактеризуются образованием типичной для литого металла крупнокрис-

таллической структуры с равновесными зернами неправильной формы.

Чем меньше перегрев металла шва при сварке и чем больше скорость

охлаждения металла, тем мельче зерно в стали и тем выше механические

свойства металла шва. Поэтому сварку целесообразно вести с максималь-

но возможной скоростью.

Зона термического влияния состоит из тех же характерных участ-

ков, что и при дуговой сварке. Однако ширина участков

при газовой сварке

значительно больше вследствие менее концентрированного теплового

потока источника нагрева (пламени) и сравнительно более медленного

охлаждения металла шва. Ширина зоны термического влияния (8…28 мм)

зависит от толщины свариваемого металла, способа и режима сварки.

Существуют два основных способа газовой сварки плавлением:

правый и левый (рис. 6.3).

При правом способе сварки пламя направлено на

уже оплавленные

кромки (сварочную ванну), а проволоку перемещают вслед за пламенем

по спирали, не вынимая ее из сварочной ванны.

св

аб

Рис. 6.3. Способы газовой сварки:

а – левый; б – правый

При левом способе пламя направлено на еще не расплавленные

кромки металла, а присадочная проволока перемещается впереди пла-

мени. При этом для более равномерного прогрева и перемещения метал-

ла сварочной ванны горелку и проволоку перемещают с поперечными

колебаниями.

Правый способ по сравнению с левым обеспечивает лучший КПД

использования тепла пламени, благодаря чему повышается

производи-

тельность сварки на 10…20 % и уменьшается расход газов на 10…15 %.

Выбор способа сварки зависит от толщины свариваемого металла

и положения шва в пространстве. Правый способ используется преиму-

щественно при сварке металла толщиной более 4 мм; левый – при сварке

металла толщиной менее 4 мм. Сварка в нижнем положении возможна

как правым, так и левым способом. Вертикальные швы удобнее свари-

вать левым способом, горизонтальные и потолочные

швы – правым.

В зависимости от угла

– наклона мундштука горелки к поверхно-

сти свариваемого металла эффективность передачи тепла сварочным

пламенем изменяется, достигая наибольшего значения при угле наклона

90º (рис. 6.4).

G, мм

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Рис. 6.4. Углы наклона мундштука при сварке металла различной толщины

Известны две разновидности газовой сварки плавлением: горячая с

предварительным подогревом (общим или местным) и холодная (без

предварительного подогрева). Го ряча я применяется преимущественно для

сварки чугуна.

простота используемого оборудования (не требуется источник

универсальность метода, заключающаяся в возможности свар-

ки в различных пространственных положениях всех видов соединений

из разнообразных металлов и сплавов.

К числу недостатков газовой сварки следует отнести невысокую

производительность (скорость сварки), бóльшую зону термического вли-

яния, трудность автоматизации, бóльшую стоимость расходных матери-

алов, чем при дуговой сварке.

Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий

из тонколистовой стали, монтаже труб малого диаметра, сварке соедине-

ний и узлов из тонкостенных труб

, сварке изделий из алюминия и его

сплавов, меди, латуни, свинца и чугуна. Наибольшее применение газо-

вая сварка получила при строительно-монтажных и ремонтных работах.

2. Устройство, назначение и технические данные

оборудования для поста газовой сварки

Газовая сварка применяется обычно в ручном варианте. Принци-

пиальная схема поста газовой сварки представлена на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Схема поста газовой сварки:

1 – кислородный баллон; 2 – ацетиленовый баллон; 3 – вентиль; 4 – редуктор;

5 – манометр высокого и низкого давления; 6 – шланг; 7 – газовая горелка;

8 – заготовка

Кислород, используемый для газосварочных работ, получают раз-

делением воздуха на кислород и азот методом глубокого охлаждения (сжи-

жения) с последующей ректификацией на фракции. Кислород поставля-

ют к месту потребления в стальных баллонах емкостью 40 дм

под дав-

лением 15 МПа, что составляет около 6 м

при нормальных условиях.

Баллоны окрашены в голубой цвет с черной надписью «КИСЛОРОД».

Ацетилен получают в специальных аппаратах-газогенераторах при

взаимодействии воды с карбидом кальция:

СаС

+ 2Н

О Са(ОН)

+ С

+ О

(6.1)

Газогенераторы бывают стационарные и переносные. Ацетилено-

вые генераторы взрывоопасны и нуждаются в специальном обслужива-

нии, поэтому при работе одного-двух постов целесообразно использо-

вать ацетилен, поставляемый в баллонах. Баллоны для ацетилена изго-

тавливают из стали. Однако, в отличие от кислородных, они заполнены

пористой массой (активированным углем), пропитанной ацетоном.

Растворение ацетилена в

ацетоне позволяет поместить в малом объеме

большое количество ацетилена при относительно небольшом давлении

(1,5…1,9 МПа) и снизить его взрывоопасность. Емкость ацетиленового

баллона – 40 дм

, что составляет 5,3 м

газа при нормальных условиях.

Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет с красной надписью

«АЦЕТИЛЕН».

Ацетилен и кислород из баллонов через понижающие газовые ре-

дукторы с помощью шлангов подаются в горелку, предназначенную для

образования газосварочного пламени.

Редуктор – это устройство для понижения давления газа, при кото-

ром он находится в баллоне, до величины

рабочего давления и для авто-

матического поддержания этого давления постоянным, поэтому на ре-

дукторе расположены два манометра (один показывает давление в бал-

лоне, другой – перед горелкой).

Сварочная горелка – это устройство, служащее для смешивания

горючего газа с кислородом и получения сварочного пламени. Конструк-

ция горелки позволяет регулировать мощность, состав и форму

свароч-

ного пламени. Наибольшее применение имеют инжекторные горелки,

работающие на смеси ацетилена и кислорода.

В инжекторных горелках подача горючего газа в смесительную ка-

меру осуществляется подсосом его струей кислорода, подаваемого в го-

релку с бóльшим давлением, чем давление горючего газа.

Схема инжекторной горелки показана на рис. 6.6. Кислород

и ацетилен под

давлением поступают в горелку через ниппели 5. Кисло-

род проходит по трубке, размещенной в пластмассовой рукоятке 6, и че-

рез вентиль 4 попадает в центральное сопло инжектора 3. Выходя с боль-

шой скоростью из узкого канала инжекторного конуса, кислород создает