Файл: 1. Химические основы газокислородной сварки 4 Оборудование для газокислородной сварки 7.docx

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Сварка является одним из наиболее распространенных технологических процессов соединения материалов, благодаря которому создано много новых изделий, машин и механизмов.

Сварное исполнение многих видов металлоконструкций позволило эффективно использовать заготовки, полученные прокаткой, гибкой, штамповкой, литьем и ковкой, а также металлы с различными физико-химическими свойствами. С помощью сварки получают неразъемные соединения почти всех металлов и сплавов различной толщины. Нет такой отрасли промышленности, где бы ни применялись сварка, резка металлов или их наплавка на поверхность деталей.

Технология кислородной сварки появилась еще в середине прошлого и не утратила своей актуальности и в настоящее время. Из преимуществ такой газовой кислородной сварки можем отметить ее отличное качество соединения, простоту выполняемых работ и доступность оборудования. При выполнении такой газовой кислородной сварки необходимо использовать специальную смесь из ацетилена и кислорода. В результате получается дуга с высокой температурой, которая с легкостью расплавляет металлы, обеспечивая прочные соединения на молекулярном уровне.

Подобные технологии нашли широкое распространение в промышленности и при необходимости выполнения больших объемов сварки. Отметим, что, несмотря на свою простоту, сегодня такая кислородная сварка используется также многочисленными автопроизводителями при изготовлении современных автомобилей.

Целью настоящей работы является рассмотрение особенностей газокислородной сварки.

1. Химические основы газокислородной сварки

Газокислородная сварка - химический способ сварки плавлением, источником нагрева металла которой является тепловая энергия, получаемая в результате химического процесса сгорания газообразного (или парообразного) горючего в смеси с кислородом.

Реакция окисления органических веществ в кислороде носят экзотермический характер и протекают с выделением значительной тепловой энергии. Ускорение реакции окисления имеет место при повышении давления и температуры кислорода.

---

До настоящего времени газовая сварка довольно широко применяется при сварке металла малых толщин, при сварке проката из цветных металлов, ремонтной сварки литых изделий из чугуна, бронзы, алюминиевых и магниевых сплавов, пайке твердыми и мягкими припоями, при сварке пластмасс.

Среди горючих газов (углеродводородосодержащие) наиболее применим ацетилен, имеющий температуру горения в кислороде, достигающей 3150°С. Несмотря на то, что ацетилен является универсальным газом, в ряде случаев обработки металлов газовым пламенем он может быть заменен другими более дешевыми горючими. Это в первую очередь относится к тем процессам, где газокислородное пламя используется для подогрева металла до температуры ниже температуры плавления стали (кислородная резка, поверхностная закалка, нагрев для правки, гибки и др.), а также при сварке легкоплавких металлов и пайке.

Таблица 1 - Температура горения газов в смеси с кислородом

Горючее	Ацетилен	Пропан бутан	Бензин	Метан	Керосин	Коксовый газ
Максимальная температура (°С) пламени газов и паров жидкости в смеси с кислородом	3150	2700 - 2800	2500 - 2600	2400 - 2500	2400 - 2450	2000

Горение - быстро совершающаяся химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепловой энергии. При газокислородной сварке газы нагреваются до температуры их свечения. Устойчивый процесс горения возможен только тогда, когда выделяющаяся при сгорании газовой смеси теплота оказывается достаточной не только для нагрева ещё невоспламенившихся объемов газа (горение газовой смеси - горючий газ плюс кислород или воздух - начинается с воспламенением её при определенной для данных условий температуре), но и для компенсации потерь теплоты в окружающее пространство в результате теплопроводности, лучеиспускания и конвекции. Поэтому, в трубках малого диаметра, в капиллярах, где теплоотвод стенками трубки особенно велик, горение газа невозможно. Необходимым условием горения горючего газа в кислороде или в воздухе является содержание горючего в смеси в определенных пределах, называемых температурой воспламенения.

---

Рис. 1. Виды и структура газового пламени.
а - окислительное; б - нормальное; в - науглероживающее.
1 - ядро; 2 - восстановительная зона; 3 - факел

Строение пламени всех углеводородных смесей с кислородом одинаково и определяется в основном составом, т.е. соотношением горючей смеси (О2 / СхНу). Сварочное пламя состоит из трех зон: ядра, средней зоны (восстановительной зоны) и факела (окислительной зоны). Светящееся ядро имеют горючие газы, состоящие из углеводородов. Водородно-кислородное пламя ядра не образует и имеет светло-желтый оттенок.

По соотношению смеси сварочное пламя принято делить на нормальное, окислительное и науглероживающее. Нормальное пламя получают тогда, когда в горелку на один объем кислорода поступает один объем ацетилена. При избытке кислорода в смеси, пламя будет окислительным, а при избытке ацетилена - науглероживающим. Для газовой сварки применяют нормальное пламя или слегка науглероживающее (например, при сварке чугуна), а для резки металлов – слегка окислиельное.

Во внутреннем ядре пламени происходит повышение температуры смеси до температуры воспламенения. Перед фронтом пламени (поверхность воспламенения) существует незначительной толщины (≈1 мм) слой смеси, на границе которого наблюдается заметное повышение температуры, обуславливаемое теплопроводностью от фронта пламени. Именно в этом слое температура смеси повышается от начальной до температуры воспламенения. В средней зоне пламени температура резко возрастает до максимальной температуры пламени. В факеле происходит понижение температуры.

2. Оборудование для газокислородной сварки

Строение горелки для сварки представим на рис.2.


Рис.2.Строение горелки для сварки.

Горелки для сварки. Основным назначением горелки является смешение горючего газа с кислородом и образование сварочного пламени требуемой тепловой мощности, размеров и формы.

Газовые сварочные горелки можно классифицировать по ряду общих признаков, например:

1) По числу пламень - на однопламенные и многопламенные.

2) По роду применяемого горючего - на ацетиленовые, водородные, бензиновые и другие.

---

3) По способу применения - на ручные и машинные.

Устойчивость горения газокислородной смеси является основой его безопасного применения. Эта устойчивость зависит от граничных условий сгорания смеси при её истечении в атмосферу из отверстия мундштука, которые определяются соотношением между скоростью воспламенения смеси и скоростью её истечения. С уменьшением скорости истечения смеси длина ядра пламени будет уменьшаться, и при равенстве этих дух скоростей длина ядра пламени станет равной нулю. В этом случае поверхность пламени превращается в плоскость, и пламя проскакивает внутрь канала горелки. Данное явление соответствует начальному моменту обратного удара пламени.

Обратным ударом пламени называется проникновение фронта пламени внутрь каналов сопла горелки и распространения его навстречу потоку горючей смеси.

Скорость истечения смеси уменьшается с увеличением диаметра сопла, понижением давления и расхода смеси. Скорость воспламенения смеси резко возрастает при повышении температуры смеси и обратный удар пламени может наступать при более высоких значениях скорости истечения смеси из сопла. Для защиты газопровода горючего газа от проникновения в них обратного удара пламени и кислорода от горелки или резака служат предохранительные затворы. Затвор (как, правило, водяной) также предохраняет ацетиленовые генераторы низкого давления от подсоса в них атмосферного воздуха.

Сжатые, сжиженные и растворенные газы хранят и транспортируют в баллонах. Кислород, водород, метан, и воздух, а также азот и инертные газы нагнетают в баллонах типа 150 и 150л; ацетилен и аммиак - в баллоны типа 100 емкостью от 0,4 до 55 л. Наибольшее распространение получили баллоны емкостью 40 л. Они имеют наружный диаметр 219 мм, высоту 1500 мм, массу около 60 кг и рассчитаны на рабочее давление до 20 МПа.

Баллоны для растворённого ацетилена. Безопасное повышение давления ацетилена в баллоне свыше 0,15 Мпа возможно только, когда газ будет располагаться в капиллярах пористого вещества. При этом взрывчатый распад ацетилена не может распространяться на всю массу газа. По этой причине баллоны для хранения и транспортировки ацетилена заполняют пористой массой (например, из березового активированного угля БАУ).

Баллоны окрашивают в условные цвета и снабжают надписями название газа, а в некоторых случаях и отличительными полосами. Баллоны для кислорода окрашивают в голубой цвет, с надписью черного цвета "Кислород", для ацетилена - в белый цвет с надписью красного цвета "Ацетилен", для водорода - в темно-зеленый цвет с надписью красного цвета "Водород", для пропана и других горючих газов - в красный цвет с надписью белого цвета "Пропан" (или другой горючий газ).

---

На баллонах для растворенного ацетилена указывают массу тары, т.е. массу баллона без колпака, но с пористой массой и растворителем, башмаком, кольцом и вентилем.

Окраску и нанесение надписей на вновь изготовленные баллоны производят заводы - изготовители, а в дальнейшем заводы - наполнители, наполнительные или испытательные станции (не реже 5 лет).

Каждые 5 лет баллоны подвергаются контрольной проверке. Причем, для баллонов для коррозионно-активных газов этот срок сокращен до 2 года.

Кислородные баллонные вентили рассчитываются на максимальное рабочее давление до 20 МПа. Открытие и закрытие кислородного вентиля осуществляется маховиком. Ацетиленовый баллонный вентиль рассчитывается на рабочее давление до 3 МПа. Вентиль пропанового баллона принадлежит к вентилям мембранного типа, рассчитан на рабочее давление до 20 МПа.

Перепускные рампы - предназначены для централизованной подачи кислорода и горючего газа к постам для газовой сварки и резки от батарей баллонов (в которых может насчитываться до 10 и более баллонов).

Рукава служат для присоединения горелок и резаков к источникам газопитания. Гибкие резинотканевые рукава изготовляют трех типов: I-го - для подачи ацетилена и городского газа под рабочим давлением до 0,6 МПа, II-го - для подачи жидкого топлива (бензина, керосина) под рабочим давлением до 0,6 МПа, III-го - для подачи кислорода под рабочим давлением 1.5 МПа. Внутренний диаметр рукавов бывает 6, 9, 12 и 16 мм. Рукава I-го и II-го типов обеспечивают четырехкратный запас прочности (по сравнению с рабочим давлением), а рукава III-го типа - трехкратный. Рукава должны иметь цветной наружный слой: для кислорода - синий, для ацетилена - красный, для жидкого топлива - желтый. Длину каждого рукава допускают до 8 ... 20 м. Свыше этой длины значительно возрастают потери давления газа.

Газовые редукторы - служат для понижения давления газа, поступающего от источника питания (баллона или распределительного трубопровода) и для поддержания постоянного его расхода и давления независимо от изменения этих параметров до редуктора.

3. Специальные газокислородные процессы

Кислородное копье. Резка кислородным копьем заключается в прожигании в материале отверстия под действием химико-термомеханического воздействия. Воздействие на материал осуществляется стальной трубкой, конец которой нагрет до воспламенения, и через которую под давлением подается кислород.

---