Реферат: Сварка
Комсомольск-на-Амуре
KOST
&
AKRED
COST@AMURNET.RU
Введение
Способ газовой сварки былразработан в конце прошлого столетия, когда начиналось промышленноепроизводство кислорода, водорода и ацетилена. В тот период газовая сваркаявлялась основным способом сварки металлов и обеспечивала получение наиболеепрочных сварных соединений. В дальнейшем с созданием и внедрениемвысококачественных электродов для дуговой сварки, автоматической иполуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов (аргона,гелия и углекислого газа и др.), газовая сварка была постепенно вытеснена измногих производств этими способами электрической сварки. Тем не менее, и донастоящего времени газовая сварка металлов наряду с другими способами сварки широкоприменяется в народном хозяйстве.
1. Сварка металлов.Назначение и преимущества сварки.
Сварку применяют дляполучения неразъемного соединения деталей при изготовлений изделий, машин исооружений из металла. Прежде для этого преимущественно пользовались клепкой.
Сварное изделие имеетменьшей вес, чем клепальное, проще в изготовлении, дешевле, надежнее и можетбыть выполнено в более короткий срок, с меньшей затратой труда и материалов.Сваркой можно изготовлять изделия очень сложной формы, которые прежде удавалосьполучить только отливкой или кузнечной и механической обработкой. Приизготовлении металлоконструкций сварка дает от 10 до 20 % экономии металла посравнению с клепкой, до 30 % по сравнению с литьем из чугуна.
Сварные швы обеспечиваютвысокую надежность (плотность и прочность) резервуаров и сосудов, в том числе иработающих при высоких температурах и давлениях газов, паров и жидкостей.
Газовая сварка еепреимущества и недостатки
Газовая сварка относитсяк сварке плавлением. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок деталейв 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 обладаетследующими преимуществами: способ сварки сравнительно прост, не требуетсложного и дорогого оборудования, а также источника электроэнергии. Изменяятепловую мощность пламени и его положение относительно места сварки, сварщикможет в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждениясвариваемого металла.
К недостаткам газовойсварки относятся меньшая скорость нагрева металла и большая зона тепловоговоздействия на металл, чем при дуговой сварке. При газовой сварке концентрациятепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке.Однако при правильно выбранной мощности пламени, умелом регулировании егосостава, надлежащей марке присадочного металла и соответствующей квалификациисварщика газовая сварка обеспечивает получение высококачественных сварныхсоединений.
Благодаря сравнительномедленному нагреву металла пламенем и относительно невысокой концентрации теплапри нагреве производительность процесса газовой сварки существенно снижается сувеличением толщины свариваемого металла. Например, при толщине стали 1мм,скорость газовой сварки составляет около 10м/ч, а при толщине 10мм – только2м/ч. Поэтому газовая сварка стали толщиной свыше 6мм менее производительна посравнению с дуговой сваркой и применяется значительно реже.
Стоимость горючего газа(ацетилена) и кислорода при газовой сварке выше стоимости электроэнергии придуговой и контактной сварке. Вследствие этого газовая сварка обходится дороже,чем электрическая.
Процесс газовой сваркитруднее поддается механизации и автоматизации, чем процесс электрическойсварки. Поэтому автоматическая газовая сварка многопламенными линейнымигорелками находит применении только при сварке обечаек и труб из тонкогометалла продольными швами газовую сварку применяют при:
· изготовлении иремонте изделий из тонко-листовой стали (сварке сосудов и резервуаров небольшойемкости, заварке трещин, варке заплат и пр.);
· сваркетрубопроводов малых и средних диаметров (до 100мм) и фасонных частей к ним;
· ремонтной сваркелитых изделий из чугуна, бронзы и силумина;
· сварке изделий изалюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца;
· наплавке латунина детали из стали и чугуна;
· сварке кованого ивысокопрочного чугуна с применением присадочных прутков из латуни и бронзы,низкотемпературной сварке чугуна.
При помощи газовой сваркиможно сваривать почти все металлы, применяемые в технике. Такие металлы, какчугун, медь, латунь, свинец легче поддаются газовой сварке, чем дуговой. Еслиучесть еще простоту оборудования то становится понятным широкое распространениегазовой сварки в некоторых областях народного хозяйства (на некоторых заводахмашиностроения, сельском хозяйстве, ремонтных, строительно-монтажных работах идр.).
Для газовой сваркинеобходимо:
1) газы – кислород игорючий газ (ацетилен или его заменитель);
2) присадочнаяпроволока (для сварки и наплавки);
3) соответствующееоборудование и аппаратура, в то числе:
а) кислородные баллоны для хранениязапаса кислорода;
б) кислородные редукторы для понижениядавления кислорода, подаваемого из баллонов в горелку или резак;
в) ацетиленовые генераторы для полученияацетилена из карбида кальция или ацетиленовые баллоны, в которых ацетиленнаходится под давлением и растворен в ацетилене;
г) сварочные, наплавочные, закалочные идругие горелки с набором наконечников для нагрева метла различной толщины;
д) резиновые рукава (шланги) для подачикислорода и ацетилена в горелку;
4) принадлежностидля сварки: очки с темными стеклами (светофильтрами) для защиты глаз от яркогосвета сварочного пламени, молоток, набора ключей для горелки, стальные щеткидля очистки металла и сварочного шва;
5) Сварочный столили приспособление для сборки и закрепления деталей при прихватке, сварки;
6) флюсы илисварочные порошки, если они требуются для сварки данного металла.
2. Материалы,применяемые при газовой сварке.
Кислород
Кислород при атмосферномдавлении и обычной температуре газ без цвета и запаха, несколько тяжелеевоздуха. При атмосферном давлении и температуре 20 гр. масса 1м3 кислород равен 1.33 кг. Сгорание горючих газов и паров горючих жидкостей вчистом виде кислороде происходит очень энергично с большой скоростью, авозникновение в зоне горения возникает высокая температура.
Для получения сварочногопламени с высокой температурой, необходимо для быстрого расплавления металла вместе сварки, горючий газ или пары горючей жидкости сжигают в смеси с чистымкислородом.
При возникновении сжатогогазообразного кислорода с маслом или жирами последние могут самовоспламеняться,что может быть причиной пожара. Поэтому при обращении с кислородными баллонамии аппаратурой необходима тщательно следить за тем, чтобы на них не падали даженезначительные следы масла и жиров. Смесь кислорода с горючих жидкостей приопределенных соотношениях кислорода и горючего вещества взрывается.
Технический кислороддобывают из атмосферного воздуха который подвергают обработке ввоздухоразделительных установках, где он очищается от углекислоты и осушаетсяот влаги.
Жидкий кислород хранят иперевозят в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Для сварки выпускаюттехнический кислород трех сортов: высшего, чистотой не ниже 99.5%
1-ого сорта чистотой99.2%
2-ого сорта чистотой98.5% по объему.
Остаток 0.5-0.1% составляетазот и аргон
Ацетилен
В качестве горючего газадля газовой сварки получил распространение ацетилен соединение кислорода сводородом. При нормальной to и давлением ацетилен находится в газообразном состоянии.
Ацетилен бесцветный газ.В нем присутствуют примеси сероводорода и аммиак.
Ацетилен естьвзрывоопасный газ. Чистый ацетилен способен взрываться при избыточном давлениисвыше 1.5 кгс/см2, при быстром нагревании до 450-500С. Смесь ацетилена своздухом взрываться при атмосферном давлении, если в смеси содержится от 2.2 до93% ацетилена по объему. Ацетилен для промышленных целей получают разложениемжидких горючих действием электродугового разряда, а так же разложением карбидакальция водой.
Газы заменителиацетилена.
При сварке металлов можноприменять другие газы и пары жидкостей. Для эффективного нагрева и расплавленияметалла при сварке необходимо чтобы to пламени была примерно в два раза превышала to плавления свариемого металла.
Для сгорания горючихразличных газов требуется различное кол-во кислорода подаваемого в горелку. Втаб1 приведены основные хар-ки горючих газов для сварки.
Газы заменители ацетиленаприменяют во многих отраслях промышленности. Поэтому их производство и добычав больших масштабах и они являются очень дешевыми, в этом их основноепреимущество перед ацетиленом.
Вследствие более низкойto пламени этих газов применение ихограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов.
При сварке же стали спропаном или метаном приходится применять сварочную проволоку содержащеюповышенное количество кремния и марганца, используемых в качествераскислителей, а при сварке чугуна и цветных металлов использовать флюсы.
Газы – заменители снизкой теплопроводной способностью неэкономично транспортировать в баллонах.Это ограничивает их применение для газопламенной обработки.
Сварочные проволоки ифлюсы
В большинстве случаев пригазовой сварке применяют присадочную проволоку близкую по своему хим. составу ксвариваемому металлу.
Нельзя применят длясварки случайную проволоку неизвестной марки.
Поверхность проволокидолжна быть гладкой и чистой без следов окалины, ржавчины, масла, краски ипрочих загрязнений. Температура плавления проволоки должна быть равна илинесколько ниже to плавленияметалла.
Проволока должна плавитсяспокойно и равномерно, без сильного разбрызгивания и вскипания, образуя призастывании плотный однородный металл без посторонних включений и прочихдефектов.
Для газовой сваркицветных металлов (меди, латуни, свинца), а так же нержавеющей стали в тех случаях,когда нет подходящей проволоки, применяют в виде исключения полоски нарезанныйиз листов той же марки, что и сваривает металл.
Флюсы
Медь, алюминий, магний иих сплавы при нагревании в процессе сварки энергично вступают в реакцию с кислородомвоздуха или сварочного пламени (при сварке окислительным пламенем), образуяокислы, которые имеют более высокую to плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленногометалла тонкой пленкой и этим сильно затрудняют плавление частиц металла присварке.
Для защиты расплавленногометалла от окисления и удаления образующихся окислов применяют сварочныепорошки или пасты, называемые флюсами. Флюсы, предварительно нанесенные наприсадочную проволоку или пруток и кромки свариваемого металла, при нагреваниирасплавляются и образуют легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность жидкогометалла. Пленка шлаков прокрывает поверхность расплавленного металла, защищаяего от окисления.
Состав флюсов выбирают взависимости от вида и свойств свариваемого металла.
В качестве флюсовприменяют прокаленную буру, борную кислоту. Применение флюсов необходимо присварке чугуна и некоторых специальных легированных сталей, меди и ее сплавов.При сварке углеродистых сталей не применяют.
3. Аппаратура иоборудование для газовой сварки.
Водяныепредохранительные затворы
Водяные затворы защищаютацетиленовый генератор и трубопровод от обратного удар пламени из сварочнойгорелки и резака. Обратным ударом называется воспламенениеацетиленово-кислородной смеси в каналах горелки или резака.
Водяной затворобеспечивает безопасность работ при газовой сварке и резке и является главнойчастью газосварочного поста. Водяной затвор должен содержатся всегда висправном состоянии, и быть наполнен водой до уровня контрольного крана.
Водяной затвор всегдавключает между горелкой или резаком и ацетиленовым генератором илигазопроводом.
Баллон для сжатыхгазов
Баллоны для кислорода идругих сжатых газов представляют собой стальные цилиндрические сосуды. Вгорловине баллона сделано отверстие с конусной резьбой, куда ввертываетсязапорный вентиль. Баллоны бесшовные для газов высоких давлений изготавливают изТурб углеродистой и легированной стали. Баллоны окрашивают с наружи в словныецвета, в зависимости от рода газа. Например, кислородные баллоны в голубойцвет, ацетиленовые в белый водородные в желто-зеленый для прочих горючих газовв красный цвет.
Верхнею сферическую частьбаллона не окрашивают и на ней выбивают паспортные данные баллона.
Баллон на сварочном постуустанавливают вертикально и закрепляю хомутом.
Вентили для баллонов
Вентили кислородныхбаллонов изготавливают из латуни. Сталь для деталей вентиля применять нельзятак как она сильно коррозирует в среде сжатого влажного кислорода.
Ацетиленовые вентилиизготавливают из стали. Запрещается применять медь и сплавы, содержащие свыше70% меди, так как с медью ацетилен может образовывать взрывчатое соединение –ацетиленовую медь.
Редукторы для сжатыхгазов
Редукторы служат дляпонижения давления газа, отбираемого из баллонов (или газопровода), иподдержания этого давления постоянным независимо от снижения давления газа вбаллоне. Принцип действия и основные детали у всех редукторов примерно одинаковы.
По конструкции бываютредукторы однокамерные и двухкамерные. Двухкамерные редукторы имеют две камерыредуцирования, работающие последовательно, дают более постоянное рабочеедавление и менее склонны к замерзанию при больших расходах газа.
Кислородный иацетиленовый редукторы показаны на рис. 2. стр. 97.
Рукава (шланги) служат дляподвода газа в горелку. Они должны обладать достаточной прочностью, выдерживатьдавление газа, быть гибкими и не стеснять движений сварщика. Шланги изготовляютиз вулканизированной резины с прокладками из ткани. Выпускаются рукава дляацетилена и кислорода. Для бензина и керосина применяют шланги из бензостойкойрезины.
Сварочные горелки
Сварочная горелка служитосновным инструментом при ручной газовой сварке. В горелке смешивают в нужныхколичествах кислород и ацетилен. Образующаяся горючая смесь вытекает из каналамундштука горелки с заданной скоростью и, сгорая, дает устойчивое сварочноепламя, которым расплавляют основной и присадочный металл в месте сварки.Горелка служит также для регулирования тепловой мощности пламени путемизменения расхода горючего газа и кислорода.
Горелки бываютинжекторные и безинжекторные. Служат для сварки, пайки, наплавки, подогревастали, чугуна и цветных металлов. Наибольшее распространение получили горелкиинжекторного типа. Горелка состоит из мундштука, соединительного ниппеля,трубки наконечника, смесительной камеры, накидной гайки, инжектора, корпуса,рукоятки, ниппеля для кислорода и ацетилена.
Горелки делятся намощности 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. Расходацетилена 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 длягазов заменителей ацетилена Г-3-2, Г-3-3. Комплектуются наконечниками с №1 по№7.
4. Технология газовойсварки.
Сварочное пламя.
Внешний, вид температураи влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от состава горючейсмеси, т.е. соотношение в ней кислорода и ацетилена. Изменяя состав горючейсмеси, сварщик изменяет свойства сварочного пламени. Изменяя соотношениекислорода и ацетилена в смеси, можно получать три основных вида сварочногопламени, рис. 3. стр. 117.
Для сварки большинстваметаллов применяют нормальное (восстановительное) пламя (рис. 3, б).
Окислительное пламя (рис.3, в) применяют при сварке с целью повышения производительности процесса, нопри этом обязательно пользоваться проволокой, содержащей повышенное количествомарганца и кремния в качестве раскислителей, оно также необходимо при сваркелатуни и пайке твердым припоем.
Пламя с избыткомацетилена применяют при наплавке твердыми сплавами. Пламя с незначительнымизбытком ацетилена используют для сварки алюминиевых и магниевых сплавов.
Качество наплавленногометалла и прочности сварного шва сильно зависят от состава сварочного пламени.
Металлургическиепроцессы при газовой сварке.
Металлургические процессыпри газовой сварке характеризуются следующими особенностями: малым объемомванны расплавленного металла; высокой температурой и концентрацией тепла вместе сварки; Большой скоростью расплавления и остывания метла; интенсивнымперемешиванием металла гладкой ванны газовым потоком пламени и присадочнойпроволокой; химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.
Основными в сварочнойванне являются реакции окисления и восстановления. Наиболее легко окисляютсямагний, алюминий, обладающие большим сродством к кислороду.
Кислы этих металлов невосстанавливаются водородом и окисью углерода, поэтому при сварке металловнеобходимы специальные флюсы. Окислы железа и никеля, наоборот хорошовосстанавливаются окисью углерода и водородом пламени, поэтому при газовойсварке этих металлов флюсы не нужны.
Водород способен хорошорастворятся в жидком железе. При быстром остывании сварочной ванны он можетостаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако газовая сваркаобеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению, например сдуговой. Поэтому при газовой сваркеуглеродистой стали, весь водород успевает уйти из металла шва и последнийполучится плотным.
Структурные измененияв металле при газовой сварке.
Вседствии более медленногонагрева зона влияния при газовой сварке больше чем при дуговой.
Слои основного металла,непосредственно примыкающие к сварочной ванне непрерывны и приобретаюткрупнозернистую структуру. В непосредственной близости к границе шва находитсязона неполного расплавления. Основного металла с крупной структурой,характерной для ненагретого металла. В этой зоне прочность металла ниже, чемпрочночность металла шва, поэтому здесь обычно и происходит разрушение сварногосоедениения.
Далее расположен участок,нерекристализации характеризуемы так же крупнозернистой структурой, длякоторого to плавления металла, не выше1100-1200С. Последующие участки нагреваются до более низких температур иимеют мелкозернистую структуру, нормализованной стали.
Для улучшения структуры исвойств металла шва и околошовной зоны иногда применяют горячую проковку шва иместную термообработку нагревом сварочным пламенем или общую термообработку снагревом в печи.
Особенности и режимысварки различных металлов.
Сварка углеродистыхсталей
Низкоуглеродистые сталиможно сварить любым способом газовой сварки. Пламя горелки должно бытьнормальным, мощностью 100-130дм 3/ч
при правой сварке.
При сварке углеродистыхсталей применяют проволоку из малоуглеродистой стали св-8 св-10га. При сваркеэтой проволокой часть углерода, марганца и кремния выгорает, а металл шваполучает крупнозернистую структуру и его предел прочности такового дляосновного металла. Для получения наплавленного металла равнопрочногоосновному, применяют проволоку св-12гс, содержащую до 0.17% углерода; 0.8-1.1марганца и 0.6-0.9% кремния.
Сварка легированныхсталей
Легированные стали хужепроводят тепло чем низкоуглеродистая сталь, и поэтому больше коробятся присварке.
Низколегированные стали(например XCHД) хорошо свариваются газовойсваркой. При сварке применяют нормальное пламя и проволоку СВ-0.8, СВ-08А илиСВ-10Г2
Хромоникелевыенержавеющие стали сваривают нормальным пламенем мощностью 75дм3 ацетиленана 1мм толщины металла. Применяют проволоку СВ-02Х10Н9, СВ-06-Х19Н9Т. Присварке жаропрочной нержавеющей стали, применяют проволоку содержащую 21% никеля25% хрома. Для сварки коррозиностойкой стали содержащей молибден 3%, 11%никеля, 17% хрома.
Сварка чугуна
Чугун сваривают приисправлении дефектов отливок, а так же восстановлении и ремонте деталей:заварке трещин, раковин, при варке отколовшихся частей и пр.
Сварочное пламя должнобыть нормальным или науглероживающим, так как окислительное вызывает местноевыгорание кремния, и в металле шва образуются зерна белого чугуна.
Сварка меди
Медь обладает высокойтеплопроводностью, поэтому при ее сварке к месту расплавления металлаприходится проводить большое количество тепла, чем при сварке стали.
Одним из свойств медизатрудняющим сварку, является ее повышенная текучесть в расплавленномсостоянии. Поэтому при сварке меди не оставляют зазора между кромками. Вкачестве присадочного металла используют проволоку из чистой меди. Дляраскисления меди и удаления шлака применяют флюсы.
Сварка латуни и бронзы
Сварка латуни. Газовуюсварку широко используют для сварки латуни, которая труднее поддается сваркеэлектрической дугой. Основное затруднение при сварке состоит в значительномиспарении из латуни цинка, которое начинается при 900С. Если латунь перегреть,то вследствие испарения цинка, шов получится пористым. При газовой сварке можетиспаряется до 25% содержащегося в латуни цинка.
Для уменьшения испаренияцинка сварку латуни ведут пламени с избытком кислорода до 30-40%. В качествеприсадочного металла используют латунную проволоку. В качестве флюсов применяютпрокаленную буру или газообразный флюс БМ-1
Сварка бронзы
Газовую сварку бронзыприменяют при ремонте литых изделий из бронзы, наплавке работающих на трениеповерхностей деталей слоем антифрикционных бронзовых сплавов и пр.
Сварочное пламя должноиметь восстановительный характер, так как при окислительном пламениувеличиваются выгорание из бронзы олова, кремния, алюминия. В качествеприсадочного материала используют прутки или проволоку, близкие по составу к свариваемомуметаллу. Для раскисления в присадочную проволоку вводят до 0.4% кремния.
Для защиты металла отокисления и удаления окислов в шлаки применяют флюсы тех же составов, что и присварке меди и латуни.
Список литературы
Глизманенко Д.А. Газоваясварка и резка металлов.-М.: Высш. школа, 1969.-304с.