Реферат на тему газы применяемые в сварке

Обновлено: 25.06.2024

Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре газ без цвета и запаха, несколько тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 20 гр. масса 1м 3 кислород равен 1.33 кг. Сгорание горючих газов и паров горючих жидкостей в чистом виде кислороде происходит очень энергично с большой скоростью, а возникновение в зоне горения возникает высокая температура.

Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимо для быстрого расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары горючей жидкости сжигают в смеси с чистым кислородом.

При возникновении сжатого газообразного кислорода с маслом или жирами последние могут самовоспламеняться, что может быть причиной пожара. Поэтому при обращении с кислородными баллонами и аппаратурой необходима тщательно следить за тем, чтобы на них не падали даже незначительные следы масла и жиров. Смесь кислорода с горючих жидкостей при определенных соотношениях кислорода и горючего вещества взрывается.

Технический кислород добывают из атмосферного воздуха который подвергают обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается от углекислоты и осушается от влаги.

Жидкий кислород хранят и перевозят в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Для сварки выпускают технический кислород трех сортов: высшего, чистотой не ниже 99.5%

1-ого сорта чистотой 99.2%

2-ого сорта чистотой 98.5% по объему.

Остаток 0.5-0.1% составляет азот и аргон
Ацетилен

В качестве горючего газа для газовой сварки получил распространение ацетилен соединение кислорода с водородом. При нормальной t o и давлением ацетилен находится в газообразном состоянии.

Ацетилен бесцветный газ. В нем присутствуют примеси сероводорода и аммиак.

Ацетилен есть взрывоопасный газ. Чистый ацетилен способен взрываться при избыточном давлении свыше 1.5 кгс/см2, при быстром нагревании до 450-500С. Смесь ацетилена с воздухом взрываться при атмосферном давлении, если в смеси содержится от 2.2 до 93% ацетилена по объему. Ацетилен для промышленных целей получают разложением жидких горючих действием электродугового разряда, а так же разложением карбида кальция водой.
Газы заменители ацетилена.

При сварке металлов можно применять другие газы и пары жидкостей. Для эффективного нагрева и расплавления металла при сварке необходимо чтобы t o пламени была примерно в два раза превышала t o плавления свариемого металла.

Для сгорания горючих различных газов требуется различное кол-во кислорода подаваемого в горелку. В таб1 приведены основные хар-ки горючих газов для сварки.

Газы заменители ацетилена применяют во многих отраслях промышленности. Поэтому их производство и добыча в больших масштабах и они являются очень дешевыми, в этом их основное преимущество перед ацетиленом.

Вследствие более низкой t o пламени этих газов применение их ограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов.

При сварке же стали с пропаном или метаном приходится применять сварочную проволоку содержащею повышенное количество кремния и марганца, используемых в качестве раскислителей, а при сварке чугуна и цветных металлов использовать флюсы.

Газы – заменители с низкой теплопроводной способностью неэкономично транспортировать в баллонах. Это ограничивает их применение для газопламенной обработки.

Таблица №1 Горючие газы для сварки и резки.

Горючие газы	Температура пламени при сгорании в кислороде	Коэффициент замены ацетилена
Ацетилен	3150	1,05
Водород	2400-2600	5,2
Метан	2400-2500	1,6
Пропан	2700-2800	0,6
Пары керосина	2400-245	1-1,3

Сварочные проволоки и флюсы

В большинстве случаев при газовой сварке применяют присадочную проволоку близкую по своему хим. составу к свариваемому металлу.

Нельзя применят для сварки случайную проволоку неизвестной марки.

Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой без следов окалины, ржавчины, масла, краски и прочих загрязнений. Температура плавления проволоки должна быть равна или несколько ниже t o плавления металла.

Проволока должна плавится спокойно и равномерно, без сильного разбрызгивания и вскипания, образуя при застывании плотный однородный металл без посторонних включений и прочих дефектов.

Для газовой сварки цветных металлов (меди, латуни, свинца), а так же нержавеющей стали в тех случаях, когда нет подходящей проволоки, применяют в виде исключения полоски нарезанный из листов той же марки, что и сваривает металл.

Медь, алюминий, магний и их сплавы при нагревании в процессе сварки энергично вступают в реакцию с кислородом воздуха или сварочного пламени (при сварке окислительным пламенем), образуя окислы, которые имеют более высокую t o плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленного металла тонкой пленкой и этим сильно затрудняют плавление частиц металла при сварке.

Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся окислов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами. Флюсы, предварительно нанесенные на присадочную проволоку или пруток и кромки свариваемого металла, при нагревании расплавляются и образуют легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность жидкого металла. Пленка шлаков прокрывает поверхность расплавленного металла, защищая его от окисления.

Состав флюсов выбирают в зависимости от вида и свойств свариваемого металла.

В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту. Применение флюсов необходимо при сварке чугуна и некоторых специальных легированных сталей, меди и ее сплавов. При сварке углеродистых сталей не применяют.

Характеристика процесса сварки постоянным током прямой полярности, плавящимся и неплавящимся электродом. Изучение операций по засыпке, уборке флюса и удалению шлака. Исследование технологических параметров и области применения сварки в защитных газах.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	13.12.2010
Размер файла	18,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования Российской Федерации

Омский Государственный Технический Университет

Кафедра: Оборудование и технология сварочного производства

по дисциплине: История развития машиностроительного производства

на тему: Дуговая сварка в среде защитных газов

Выполнил: Бородихин Сергей Александрович

Проверил: доц. к.т.н. Шестель Л.А.

1. Сущность дуговой сварки

2. Технологические параметры процесса

3. Область применения

Замечательный русский изобретатель Н.Г.Славянов был по образованию инженером, металлургом.

Последняя четверть прошлого века явилась периодом становления электротехники-науки о процессах, связанных с практическим применением электрических явлений. 30-летний руководитель орудийных и механических производств на одном из крупнейших в России пушечных заводов в Перми, Н.Г.Славянов увидел в электротехнике будущее металлургии, обработки металлов. Он глубоко изучил эту область науки.

Через шесть лет после открытия Н.Н.Бенардосом дуговой сварки, в 1888 году Н.Г.Славянов творчески развил эту идею, разработав и применив сварку металлическим электродом. Впервые в мире этот способ был внедрен Славяновым на Пермском заводе.

Он сконструировал и опробовал автоматическое приспособление для регулировки длины дуги. Это был прообраз современных сварочных аппаратов. Изобретение обессмертило его имя и имеет огромное значение и по сей день.

Так Славяновым была написана одна из страниц истории важнейшей области техники - дуговой сварки металлов, находящей самое широкое применение в современной промышленности и строительстве.

1. Сущность дуговой сварки

При сварке в зону дуги 1 через сопло 2 непрерывно подается защитный газ 3. Теплотой дуги расплавляется основной металл 4 и, если сварку выполняют плавящимся электродом, расплавляется и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует шов. При сварке неплавящимся электродом электрод не расплавляется, а его расход вызван испарением металла или частичным оплавлением при повышенном допустимом сварочном токе.

Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла или дополнительно вводимого присадочного металла. В качестве защитных газов применяют инертные: аргон (бесцветный газ, в 1,38 раза тяжелее воздуха, нерастворим в жидких и твердых металлах. Аргон выпускают высшего и первого сортов. Поставляют и хранят аргон в стальных баллонах в сжатом газообразном состоянии под давлением 15 МПа) и гелий и активные: углекислый газ (бесцветный, со слабым запахом, в 1,52 раза тяжелее воздуха, нерастворим в твердых и жидких металлах. Выпускают углекислый газ сварочный, пищевой и технический. Для сварки газ поставляют и хранят в стальных баллонах в сжиженном состоянии под давлением 7 МПа) , водород, кислород и азот, газы, а также их смеси (Аг + Не, Аг + СО2, Аг + О2, СО2 + О2 и др.). По отношению к электроду защитный газ можно подавать центрально или сбоку. Сбоку газ подают при больших скоростях сварки плавящимся электродом, когда при центральной защите надежность защиты нарушается из-за обдувания газа неподвижным воздухом. Сквозняки или ветер при сварке, сдувая струю защитного газа, могут резко ухудшить качество сварного шва или соединения. В некоторых случаях, особенно при сварке вольфрамовым электродом, для получения необходимых технологических свойств дуги, а также с целью экономии дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя концентрическими потоками газа.

Сварку в защитных газах отличают следующие преимущества:

Ш высокая производительность (в 2-3 раза выше обычной дуговой сварки);

Ш возможность сварки в любых пространственных положениях, хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота атмосферы, отсутствие необходимости очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке;

Ш малая зона термического влияния;

Ш относительно малые деформации изделий;

Ш возможность наблюдения за процессом формирования шва;

Ш доступность механизации и автоматизации.

Недостатками этого способа сварки являются необходимость принятия мер, предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и применение относительно дорогих защитных газов.

2. Технологические параметры процессы

Свойства защитных газов оказывают большое влияние на технологические свойства дуги и форму швов. Например, по сравнению с аргоном гелий имеет более высокий потенциал ионизации и большую теплопроводность при температурах плазмы. Поэтому дуга в гелии более "мягкая". При равных условиях дуга в гелии имеет более высокое напряжение, а образующийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Поэтому гелий целесообразно использовать при сварке тонколистового металла. Кроме того, он легче воздуха и аргона, что требует для хорошей защиты зоны сварки повышенного его расхода (1,5-3 раза). Углекислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение.

Широкий диапазон используемых защитных газов, обладающих значительно различающимися теплофизическими свойствами, обусловливает большие технологические возможности этого способа как в отношении свариваемых металлов (практически всех), так и их толщин (от 0,1 мм до десятков миллиметров). Сварку можно выполнять, используя также неплавящийся (угольный, вольфрамовый) или плавящийся электрод.

По сравнению с другими способами сварка в защитных газах обладает рядом преимуществ:

Ш высокое качество сварных соединений на разнообразных металлах и сплавах различной толщины;

Ш возможность сварки в различных пространственных положениях;

Ш возможность визуального наблюдения за образованием шва, что особенно важно при полуавтоматической сварке;

Ш отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;

Ш высокая производительность и легкость механизации и автоматизации;

Ш низкая стоимость при использовании активных защитных газов.

К недостаткам способа по сравнению со сваркой под флюсом относится необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги.

При сварке в среде защитных газов различают следующие основные способы: сварка постоянной дугой, импульсной дугой; плавящимся электродом и неплавящимся электродом.

Наиболее широко применяется сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродами.

Сварка неплавящимся электродом в защитных газах -- это процесс, в котором в качестве источника теплоты применяется дуга, возбуждаемая между вольфрамовым или угольным (графитовым) электродом и изделием.

Сварка постоянным током прямой полярности позволяет получать максимальное проплавление свариваемого металла.

При сварке плавящимся электродом в среде защитных газов различают следующие две основные разновидности процесса: сварка короткой дугой и сварка длинной дугой.

Сварка неплавящимся электродом

Условием стабильного горения дуги при дуговой сварке в защитной среде инертных газов на переменном токе является регулярное восстановление разряда при смене полярности. Потенциал возбуждения и ионизации инертных газов аргона и гелия выше, чем у кислорода, азота и паров металла, поэтому для возбуждения дуги переменного тока требуется источник питания с повышенным напряжением холостого хода. Сварочная дуга в среде инертных газов (аргона или гелия) отличается высокой стабильностью и для ее поддержания требуется небольшое напряжение. Высокая подвижность электронов обеспечивает достаточное возбуждение и ионизацию нейтральных атомов при столкновении с ними электронов.

В том случае, когда катодом является вольфрам, дуговой разряд происходит главным образом за счет термоэлектронной эмиссии благодаря высокой температуре плавления и относительно низкой теплопроводности вольфрама, что обусловливает неодинаковые условия горения дуги при прямой и обратной полярности. При обратной полярности (изделие является катодом -- минус) напряжение при возбуждении дуги должно быть больше, чем при прямой полярности. Поэтому из-за значительной разницы в свойствах вольфрамового электрода и свариваемого металла кривая напряжения дуги имеет не симметричную форму, а в ней появляется постоянная составляющая, которая вызывает появление в сварочной цепи постоянной составляющей тока. Постоянная составляющая тока в свою очередь создает постоянное магнитное поле в сердечнике трансформатора и дросселя, что приводит к уменьшению мощности сварочной дуги и ее устойчивости. Появление в цепи постоянной составляющей тока не обеспечивает нормального ведения процесса сварки и особенно при сварке алюминиевых сплавов, так как сварочная ванна даже при небольшом содержании кислорода и азота покрывается тугоплавкой пленкой окислов и нитридов, которые препятствуют сплавлению кромок и формированию шва.

Очищающее действие сварочной дуги при сварке переменным током проявляется в те полупериоды, когда катодом является изделие благодаря катодному распылению, так как в этом случае происходит разрушение окисной и нитридной пленок.

При обратной полярности применяют низкие плотности тока, а практически такая дуга не применяется. При прямой полярности тепла выделяется меньше на электроде, так как его значительная часть расходуется на плавление свариваемого металла.

Сварка плавящимся электродом

При дуговой сварке плавящимся электродом в среде защитных газов геометрическая форма сварного шва и его размеры зависят от мощности сварочной дуги, характера переноса металла через дуговой промежуток, а также от взаимодействия газового потока и частиц металла, пересекающих дуговой промежуток, с ванной расплавленного металла.

В процессе сварки на поверхность сварочной ванны оказывает давление столб дуги за счет потока газов, паров и капель металла, вследствие чего столб дуги погружается в основной металл, увеличивая глубину проплавления. Поток газов и паров металла, направляемый от электрода в сварочную ванну, создается благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. Сила воздействия сварочной дуги на ванну расплавленного металла характеризуется ее давлением, которое будет тем больше, чем концентрированнее поток газа и металла. Концентрация потока металла увеличивается с уменьшением размера капель, который определяется составом металла, защитного газа, а также направлением и величиной сварочного тока.

Сварочная дуга, образованная в результате плавления электрода в среде инертных газов, имеет форму конуса, столб которой состоит из внутренней и внешней зоны. Внутренняя зона имеет яркий свет и большую температуру.

Во внутренней зоне происходит перенос металла, и ее атмосфера заполнена святящимися парами металла. Внешняя зона имеет менее яркий свет и представляет собой ионизированный газ.

3. Область применения

электрод флюс шлак сварка

Области применения сварки в защитных газах охватывают широкий круг материалов и изделий (узлы летательных аппаратов, элементы атомных установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов и т. п.). Аргонодуговую сварку применяют для цветных (алюминия, магния, меди) и тугоплавких (титана, ниобия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов, а также легированных и высоколегированных сталей.

В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистой и низколегированной сталей (газо- и нефтепроводы, корпуса судов и т. д.). Преимущество полуавтоматической сварки в СО₂ с точки зрения ее стоимости и производительности часто приводит к замене ею ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Сварку в среде защитных газов различают на следующие основные способы: сварка постоянной дугой, импульсной дугой; плавящимся электродом (сварка короткой дугой и сварка длинной дугой) и неплавящимся электродом.

Так как дуговую сварку в среде защитных газов можно использовать разными способами сваривания, то данная сварка нашла большое применение в сфере строительства. При такой сварке получается шов высококачественного сварочного соединения на разнообразных металлах и сплавах различной толщины. В таких швах отсутствует необходимость очистки шва от шлаков и зачистки шва при многослойной сварке.

2. Ганенко А.П. и др. Оформление текстовых и графических материалов при подготовке дипломных проектов, курсовых и письменных экзаменационных работ (требования ЕСКД): Учеб. для нач. проф. образования: Учебник для сред. Проф. образования. - М.: ПрофОбрИздат, 2001. - 352с.

Подобные документы

История развития сварки в защитных газах. Особенности и виды сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах, используемое на современном этапе оборудование, методы и приемы. Описание изделия, сваренного с применением защитных газов.

курсовая работа [491,5 K], добавлен 20.06.2013

Классификация электрической сварки плавлением в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода тока, полярности, свойств электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха. Особенности дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов.

презентация [524,2 K], добавлен 09.01.2015

История и основные этапы развития сварки в защитных газах, ее сущность и принципы реализации. Характеристика защитных газов, применяемых при сварке. Оценка преимуществ и недостатков, область применения и преимущества аргонодуговой и ручной сварки.

реферат [26,9 K], добавлен 17.01.2010

Описание способа сварки неплавящимся электродом в защитных газах корневых слоев сварных соединений. Анализ изобретений в области сварки. Изучение основных приемов и методов теории решения изобретательских задач, позволяющих устанавливать системные связи.

курсовая работа [41,5 K], добавлен 26.10.2013

Импульсная подача сварочной проволоки. Механизированная сварка короткой дугой с короткими замыканиями. Моделирование процесса переноса капли электродного металла. Сварка вертикальных швов. Моделирование процесса переноса капли электродного металла.

дипломная работа [3,6 M], добавлен 27.05.2015

Сварка вольфрамовым электродом и использование в качестве защитных инертных газов или их смесей и постоянного или переменного тока. Влияние формы заточки электрода на форму и размеры шва. Зависимость технологических свойств дуги от рода, полярности тока.

реферат [2,3 M], добавлен 03.02.2009

Сущность, основные достоинства и недостатки ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Сущность, достоинства и недостатки сварки в среде защитных газов плавящимся электродом. Выбор сварочных материалов. Сварочно-технологические свойства электродов.

Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений. Сварку применяют для соединения однородных и разнородных металлов и сплавов, металлов с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, карборундом, стеклом и др.), а также пластмасс [1].
Сварка — экономичный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс; её широко применяют практически во всех отраслях машиностроения и строительной промышленности. Сварку, как один из основных технологических процессов используют в авиации, ракето- и судостроении (при изготовлении цельносварных корпусов судов), при строительстве домн, резервуаров для хранения жидкости и газов, нефти и газопроводов, в транспортном машиностроении (при изготовлении цистерн, цельнометаллических вагонов), в энергомашиностроении (при производстве котлов, паровых и гидравлических турбин и многих других машин и конструкций).
Необходимость автоматизации сварочных процессов определяется, прежде всего, такими их характерными особенностями, как высокие энергетические параметры, скоротечность отдельных этапов энергетических преобразований и процесса формирования сварного соединения, труднодоступность зоны сварки для непосредственного измерения и контроля, повышенный уровень вредных воздействий на здоровье человека и необходимость оперативной оптимизации сварочных процессов в соответствии с выбранным критерием. В этой связи наиболее перспективной является автоматическая сварка под слоем флюса.
Цель работы – рассмотреть особенности сварки в среде защитных газов и алгоритм расчёта её параметров.

1 - сварочная проволока; 2 - газовое сопло; 3 - токоподводящий мундштук; 4 - корпус горелки; 5 - рукоять горелки; 6 - механизм подачи проволоки; 7 - атмосфера защитного газа; 8 - сварочная дуга; 9 - сварочная ванна
Рисунок 3.2 – Схема сварки
Подвижная проволока 1 под напряжением проходит сквозь газовое сопло 2, расплавляется под действием электродуги, однако сохранность постоянной длины дуги обеспечивает автоматический механизм подачи 6.
Основные параметры установок сварки находятся в следующих пределах:
- сварочный ток 40…600 А;
- напряжение на дуге 16…40 В;
- скорость сварки 4…20 мм/с;
- диаметр электродной проволоки 0,5…3 мм;
- вылет проволоки 8…25 мм;
- скорость подачи (расход) электродной проволоки - 35…250 мм/с;
- расход защитного газа - 3…60 л/мин.
Сила тока устанавливается в зависимости от диаметра электрода и толщины материала. С её увеличением растёт глубина проплавления и производительность в целом. Скорость подачи проволоки напрямую связана с силой тока и устанавливается исходя из требований стабильности проведения процесса сварки. А скорость проведения сварки зависит от толщины свариваемого материала при условии сохранения качества накладываемого шва. Рекомендуется применять узкие швы на высокой скорости, поскольку медленные приведут к расползанию и неизбежным дефектам.
Существуют следующие разновидности сварки в среде защитных газов:
- ИН - в инертных газах, неплавящимся электродом без присадочного металла;
- ИНп - в инертных газах неплавящимся электродом с присадочным металлом;
- ИП - в инертных газах и их смесях с углекислым газом и кислородом плавящимся электродом;
- УП - в углекислом газе и его смеси с кислородом плавящимся электродом.
В следующем разделе рассмотрим особенности применения отдельных защитных газов для сварки.

2. Виды защитных газов для сварки
Для защиты дуги при электрической сварке плавлением применяют такие газы как аргон, гелий, углекислый газ, азот, водород, кислород и их смеси

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

2. Виды защитных газов для сварки
Для защиты дуги при электрической сварке плавлением применяют такие газы как аргон, гелий, углекислый газ, азот, водород, кислород и их смеси . Аргон и гелий являются одноатомными инертными газами. Они бесцветны, не имеют запаха. Аргон тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны. Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТ 10157-79 и поставляется двух сортов в зависимости от процентного содержания аргона и его назначения. Аргон высшего качества предназначен для сварки ответственных изделий из цветных металлов. Аргон первого сорта предназначен для сварки сталей. Смеси аргона с другими газами в определённых отношениях поставляют по особым ТУ (техническим условиям). Гелий значительно легче воздуха. ГОСТ 20461-75 предусматривает два сорта газообразного гелия: гелий высокой чистоты и гелий технический. Углекислый газ в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с едва ощутимым запахом. Углекислый газ, предназначенный для сварки, должен соответствовать ГОСТ 8050-85, в зависимости от содержания он выпускается трёх марок: сварочный, пищевой и технический. Летом в стандартные баллоны ёмкостью 40 дм3 заливается 25 дм3 углекислоты, при испарении которой образуется 12600 дм3 газа. Зимой заливается 30 дм3 углекислоты, при испарении которой образуется 15120 дм3 газа. Сварочную углекислоту не разрешается заливать в баллоны из-под пищевой и технической углекислоты. Водород в чистом виде представляет собой газ в 14,5 раза легче воздуха, не имеет запаха и цвета. ГОСТ 3022-80 предусматривает три марки технического водорода. Водород применяет только в смесях. Кислород применяется как добавка к аргону или углекислому газу. ГОСТ 5583-78 предусматривает три сорта кислорода 1, 2-й и 3-ий. В последние годы все большее применение находят смеси таких газов, как СО2, Аr, О2 (кислород). При сварке в газовых смесях для точной дозировки газов применяют смесители.

3. Алгоритм расчёта режимов сварки в среде защитных газов
Алгоритм расчёта режимов сварки в среде защитных газов представляет собой следующую последовательность действий.
1) В зависимости от толщины свариваемых заготовок выбрать тип сварного соединения по ГОСТ 14771-76 и принять сечение шва [1].
2) В соответствии с ГОСТ 2246-70 для сварки выбрать сварочную проволоку.
3) Выполнить оценку влияния легирующих добавок на свариваемость, расчёт которой определяется углеродным эквивалентом Се, который рассчитывают по формуле [3]:

Оценку свариваемости выполняем в соответствии с таблицей 3.1.
Таблица 3.1 - Методика оценки свариваемости стали
Се h, мм Свариваемость Тпод., ºС Дополнительные мероприятия
≤0,27 б/о Высокая - -
0,28…0,39 ≤20 Ограниченная 100…200

>15
200…300
0,51…0,65 б/о
400…500 Отжиг или нормализация
Сделать вывод о характере свариваемости деталей и о необходимости подогрева.
4) Рассчитать химический состав шва.
Содержание каждого элемента определяется по формуле:

где ЭО – содержание элемента в основном металле;
ЭН – содержание элемента в электроде;
- доля основного металла в металле шва;
- доля наплавленного металла в металле шва;

где F0, FН, FШ – соответственно, площадь основного, наплавленного металла, и общая площадь шва (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – К расчёту площади основного, наплавленного металла и общей площади шва
5) Рассчитать химический состав шва как среднее арифметической химических составов наплавленного и основного металла.
Температура подогрева:

6) Рассчитать геометрические характеристики шва. Глубина провара определяется по формуле:

Высота зоны перекрытия:

7) Для выбора диаметра проволоки оценить плотность тока:

8) Рассчитать силу сварочного тока.

где F – площадь поперечного сечения проволоки.
9) Определить напряжение дуги:

10) Определить коэффициенты формы провара для выбранного диаметра проволоки.
11) Рассчитать ширину шва:

Защитными газами называют инертные и активные газы, которые используют в нескольких сварочных процессах, в первую очередь для механизированной сварки и ручной дуговой сварке вольфрамовым электродом. Предназначение защитного газа — защита зоны сварки от воздействия с кислородом и других элементов находящихся в воздухе. В зависимости от свариваемого материала влияние атмосферных газов может затруднять процесс сварки и приводит к снижению качества шва. Защитные газы делятся на две категории: инертные и активные.
Неправильный выбор сварочного газа может привести к пористости шва, слабой дуге и чрезмерному разбрызгиванию металла.

Инертные защитные газы

Инертные газы используют для сварки вольфрамовым электродом, а также для сварки цветных металлов в среде защитных газов. Среди благородных газов только два, аргон и гелий достаточно экономичны, чтобы их можно было использовать при сварке. В чистом виде аргон и гелий используются только для некоторых цветных металлов.

Аргон (Ar) — бесцветный газ, не имеет запаха, не горючий, тяжелее воздуха в 1,5 раза. Аргон не растворяется в металлах. Рекомендуется для сварки сталей и чистого алюминия.

Гелий (He) — бесцветный газ, не имеет запаха, легче воздуха, поэтому требует повышения расхода газа. При одинаковых значениях силы тока, дуга в гелии выделяет до 2 раз больше энергии, чем в аргоне. Гелий используют для сварки химически чистых и активных материалов, а также сплавов алюминия и магния.

Азот (N₂) не вступает в реакцию с медью, поэтому при сварке меди и ее сплавов азот можно считать инертным газом.

Активные защитные газы

Способны защищать зону сварки от воздействия воздуха, но сами растворяются в жидком металле или вступают в химическое взаимодействие с ним. Активные защитные газы включают углекислый газ, кислород, азот и водород. Большинство из этих газов влияют на качество сварного шва и процесс сварки, но при не большем их содержании в контролируемых количествах могут улучшить свойства шва.

Кислород (O₂) — газ без запаха, вкуса и цвета. Является негорючим газом, но активно поддерживает горение. Самостоятельно как защитный газ не используется, но применяется для приготовления сварочных смесей с инертными и активными газами.

Углекислый газ (CO₂) — бесцветный газ имеющий слабый запах, с резко выраженными окислительными свойствами. Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, пригодный для сварки чугуна, низко- и среднеуглеродистых сталей, низколегированных коррозионностойких сталей.

Водород (H) — используется для сварки никеля и некоторых нержавеющих сталей, особенно толстых деталей. Улучшает текучесть металла и чистоту поверхности, однако может вызывать хрупкость при взаимодействии с углеродистыми сталями, поэтому его использование ограничено некоторыми нержавеющими сталями.

Газовые смеси

Газовые смеси служат для улучшения процесса сварки и качества сварного шва за счет использования сильных сторон каждого из газов.

Смеси аргона и углекислоты в соотношении 75-80% и 20-25% обеспечивает понижение разбрызгивания жидкого металла, увеличивает производительность и обеспечивает хорошие свойства сварочного соединения. Требует более тщательной очистки сварочных кромок перед сваркой, чем при сварке в чистой углекислоте. Рациональное применение для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Смесь аргона (50%) и гелия (50%) используется для сварки титановых и алюминиевых сплавов.

Смесь аргона и кислорода (1-5%) способствует стабилизации процесса сварки, увеличивает текучесть жидкого металла и является причиной мелкокапельного переноса металла. Рационально использование для сварки низкоуглеродистых сталей и нержавейки.

Смесь углекислого газа (60-80%) и кислорода (20-40%) способствует повышению температуры расплавленного металла и окислительных свойств. Для сварки в этой смеси используют проволоки с повышенным содержанием раскислительных вещество, например проволока марки Св-08Г2СЦ. Рациональное применение для сварки углеродистых, легированных и некоторых высоколегированных сталей.

Трехкомпонентная смесь аргона (75%), углекислоты (20%) и кислорода (5%) дает наиболее лучший эффект при сварке углеродистых сталей, нержавеющих и высоколегированных сталей. Стабилизирует процесс сварки, понижает разбрызгивание, позволяет избежать пористости швов.

Существенной особенностью газовой сварки является применение в качестве источника тепла газового пламени. При газовой сварке в качестве горючего можно применять ацетилен, водород, блаугаз, газы коксовальных печей, естественные и нефтяные газы и др., а также пары нефтепродуктов; наибольшее распространение имеет ацетилен. Газы и пары нефтепродуктов, сгорая в кислороде, развивают температуру, позволяющую быстро расплавлять свариваемый и присадочный металл.

В табл. 40 помещены данные, характеризующие применяемое при газовой сварке горючее.

Так как в процессе газовой сварки необходимо иметь и восстановительную зону сварочного пламени, то теплотворная способность горючего не может быть полностью использована; используется лишь та ее часть, которая идет на выделение тепла в первой восстановительной зоне горения; поэтому при сравнении различных видов горючего, применяемого при газовой сварке, нужно иметь в виду не только теплотворную способность топлива и температуру его пламени, но также и его способность выделять тепло в этой первой зоне сгорания.

Необходимо также отметить, что и удельная мощность пламени при сгорании ацетилена приблизительно втрое выше, чем в случае сгорания других газов.

Сварочное ацетилено-кислородное пламя

Для правильного понимания процесса газовой сварки необходимо прежде всего ознакомиться с пламенем, образующимся при сгорании газов, подаваемых сварочной горелкой. Это пламя образуется при сгорании смеси горючего газа и кислорода, поступающего через ту же горелку, а также кислорода окружающего воздуха,

К сварочному пламени предъявляют следующие требования:

1) достаточно высокая, необходимая для быстрого расплавления свариваемого металла, температура;

2) во избежание загрязнения металла сварного шва окислами сварочное пламя не должно быть окислительным;

3) небольшой объем сварочного пламени для концентрации нагрева.

Для того чтобы обеспечить наличие восстановительной зоны горения, в горелку подается недостаточное для полного сгорания количество кислорода. Например, для полного сгорания 1 м 3 ацетилена требуется 2,5 м 3 кислорода, а в горелку подается лишь 1,15 м 3 ; для полного сгорания 1 м 3 водорода требуется 0,5 м 3 кислорода, а в горелку подается только 0,25 м 3 ; поэтому процесс сгорания здесь состоит из двух, как принято говорить, фаз:

1) фазы сгорания за счет кислорода, подаваемого в горелку, и

2) фазы сгорания за счет кислорода окружающего воздуха.

В первой фазе сгорание будет неполным; область первой фазы соответствует восстановительной зоне сварочного пламени. Во второй фазе сгорание происходит полностью. Продукты полного сгорания окружают восстановительную зону и защищают свариваемый металл от соприкосновения с кислородом воздуха.

На фиг. 320 дано схематическое изображение сварочного ацетилено-кислородного пламени: через мундштук 1 горелки поступает смесь ацетилена и кислорода; зона 2, называемая ядром пламени, состоит из несгоревших частиц газовой смеси; на поверхности ядра начинается процесс горения и выделяется тепло; частицы углерода раскаляются и испускают яркий свет; сгорание ацетилена, начинаясь на поверхности ядра, происходит во всей зоне 3. Но так как на 1 м 3 ацетилена дается не 2,5 м 3 кислорода, необходимого для полного сгорания, а лишь 1,0—1,25 м 3 , то горение будет неполным и выразится уравнением

Зона 4 и является той частью сварочного пламени, которая расплавляет свариваемый металл. Чем меньше объем, занимаемый восстановительной зоной 4, тем, при прочих равных условиях, лучше сосредоточивается тепло на поверхности подлежащего нагреву металла. На небольшой толщине по поверхности восстановительной зоны слева от металла и правее восстановительной зоны происходит полное сгорание за счет кислорода окружающего воздуха (зона 5) по уравнению

Зона полного сгорания со всех сторон окружает восстановительную зону а предохраняет расплавленный металл от окисления воздухом.

Если объем подаваемого кислорода будет меньше, чем объем ацетилена, в восстановительной зоне будет происходить распад неокислившейся части ацетилена на углерод и водород, которые могут поглощаться расплавленным

металлом, ухудшая свойства получаемого сваркой шва. Пламя приобретает более светлый оттенок и увеличивается в длину.

При увеличении количества кислорода восстановительная зона уменьшается, пламя приобретает синеватый цвет, расплавленный металл загрязняется окислами, что ведет к снижению качества сварочного шва,

На фиг. 321 показано в виде примера распределение температур по различным зонам сварочного пламени горелки, питаемой ацетиленом.

Из приведенного графика видно, что максимальную температуру, несколько превышающую 3000°, пламя ацетиленовой сварочной горелки имеет в восстановительной зоне.

Сварочные горелки

Сварочная горелка служит для смешивания горючего газа с кислородом в требуемых соотношениях, обеспечивая устойчивое пламя, а также является устройством, позволяющим легко и удобно подводить сварочное пламя к месту нагрева металла. Она состоит из следующих главных частей: 1) корпуса-рукоятки, за которую держат горелку; на корпусе находятся и регулирующие подвод кислорода и горючего газа вентили; 2) смесительной камеры; 3) мундштука, через который горючая смесь выходит из смесительной камеры.

Сварочные горелки делают инжекторными, иначе называемыми горелками низкого давления, и безинжекторными, или горелки высокого давления.

На фиг. 322, а представлена схема устройства инжекторной горелки; кислород через регулирующий вентиль под давлением около 3 aт подается через центральный канал в сопло 1 (инжектор) с отверстием малого диаметра, по выходе из которого он расширяется и его струя приобретает большую скорость; вследствие этого в кольцевом (внешнем) канале 2, по которому подается горючий газ (ацетилен), создается разрежение, увлекающее горючий газ, подаваемый под небольшим давлением (обычно от 0,1 до 0,2 aт), вместе с кислородом в смесительную камеру 3. Из смесительной камеры 3 струя горючей смеси через мундштук 4 выбрасывается наружу.

На фиг. 322, б представлена схема устройства безинжекторной горелки.

Кислород в такой горелке подается через регулирующие вентили 2 в смесительную камеру 1 под давлением 1—3 aт, горючее — под давлением 0,5—1,5 aт; из смесительной камеры через мундштук 3 горючая смесь выходит наружу.

Преимуществом инжекторных горелок является возможность работать на низком давлении горючего; преимуществом безинжекторных — большая устойчивость в работе.

На фиг. 323 показана конструкция инжекторной горелки марки СУ (сварочная универсальная); нипель 1 служит для надевания на него резинового шланга, по которому поступает кислород; нипель 2 предназначен для

шланга, подающего горючее (ацетилен); трубка 3 подводит кислород к инжектору; полая рукоятка 4 служит для подвода горючего к инжектору; вентили 5—6 регулируют подвод газов; в стойке 7 крепится сменный наконечник го

релки гайкой 8; через инжектор 9 горючее поступает в смесительную камеру 10 и через трубку 11 подается к мундштуку 12. На фиг. 324 показано устройство безинжекторной горелки для сварки водородом.

Так как высокая температура при газовой сварке достигается в результате сгорания газов в смеси с чистым кислородом, то рассмотрение газов, применяемых в сварочных процессах, удобнее начать с кислорода.

При давлении 760 мм рт. ст. и 0°С 1 м 3 кислорода весит 1,429 кг. Будучи охлажден до —181,4°, кислород сжижается, образуя прозрачную жидкость голубого оттенка; 1 л жидкого кислорода весит 1,106 кг и при испарении дает 790 л газообразного кислорода.

Горение в кислороде характеризуется сильно концентрированным пламенем.

Выше было сказано, что расширение применения газовой сварки находилось в прямой зависимости от совершенствования промышленных способов получения кислорода.

В настоящее время наиболее распространенным является способ получения кислорода из атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения. Сущность способа заключается в том, что воздух сжимают компрессором, и затем сжатый, очищенный от углекислого газа и осушенный воздух поступает в разделительный аппарат, где он охлаждается (за счет расширения) до температуры сжижения и разделяется на составные части (кислород, азот, аргон).

На единицу объема воздуха приходится 1 /₅ объема кислорода, и 4 /₅ азота; отделение азота и кислорода от полученного жидкого воздуха основано на разности температур кипения кислорода (—183°) и азота (—196°); в установках, предназначенных для получения кислорода, азот обычно не используется и выпускается в атмосферу.

Потребитель может получать кислород для сварки или резки как в газообразном, так и в жидком состоянии. Кислород в больших количествах удобнее хранить и транспортировать в жидком виде, так как отпадает необходимость в большом баллонном парке. Например, для перевозки жидкого кислорода в танке емкостью 2400 л требуется одна 5-тонная автомашина. Для перевозки соответствующего количества газообразного кислорода (380 баллонов) потребуется двенадцать 3-тонных автомашин.

Необходимо, с другой стороны, учесть испарение жидкого кислорода из танка через испаритель в количестве 0,3—0,35% в час, что делает невыгодным длительное хранение жидкого кислорода.

На кислородном заводе (или станции) из кислородной установки жидкий кислород переливают в хранилища, называемые стационарными танками. Танки представляют собой сосуды шарообразной формы; каждый танк состоит из латунного шара, помещенного внутри стально го шара; промежуток между внутренним и наружным шарами заполняют теплоизоляционными материалами. Жидкий кислород находится в танке под давлением, немного превосходящим атмосферное. При переливании жидкого кислорода из стационарного танка в транспортный используется давление, создаваемое испаряющимся кислородом, образующим в верхней части танка газовую подушку; под этим давлением жидкий кислород по трубке перетекает в транспортный танк.

В России стационарные танки для жидкого кислорода строятся вместимостью до 8000 л, а транспортные — до 2900 л. Для перевозки и хранения больших количеств кислорода строятся специальные цистерны емкостью др 30 000 а жидкого кислорода.

Для использования жидкого кислорода на месте его потребления устраивают газификаторы, в которые и переливают жидкий кислород из транспортных танков. Назначение газификаторов—не только хранить жидкий кислород, но и выдавать его для потребления в газообразном виде. На фиг. 325 показано одно из устройств газификатора. Отверстие 1 для заливки жидкого кислорода закрывают пробкой после заполнения газификатора. В кожух 3 вставлен стальной цилиндр 4, внутри которого находится латунный тонкостенный цилиндр 5. Испарение жидкого кислорода, вытесняемого из цилиндра 5, происходит в змеевиках 6 и 7. Кожух 3 заполняется водой, подогреваемой паром, пропускаемым через змеевик 8; вследствие подогрева заполняющей кожух 3 воды испарение кислорода идет очень интенсивно, и давление газообразного кислорода достигает 150 aт. В целях предупреждения подъема давления сверх допускаемого газификатор снабжается предохранительным клапаном.

Жидкий кислород применяют лишь на крупных заводах, где оправдываются расходы по устройству и содержанию газификаторов, и где потребление кислорода так велико, что потеря кислорода от его испарения из танков не играет существенной роли.

Газообразным кислородом наполняют баллоны под давлением 150 aт при 15°. Устройство кислородного баллона показано на фиг. 326. Корпус баллона 1 своим днищем 2 сажается в предварительно разогретый башмак 3. На горловину 4 надевается кольцо 5, на которое навертывается колпак 6, закрывающий вентиль 7. Выдачу газа из баллона производят через редуктор, понижающий давление в выпускаемом газе до 3 aт и менее.

Для смазки арматуры кислородных баллонов нельзя применять масла и жиры, так как при большом давлении в присутствии кислорода они дают взрыв; в случае надобности в смазке применяют 5%-ный раствор глицерина в дистиллированной воде.

Не следует также применять эбонитовых или фибролитовых прокладок, могущих давать взрывы; прокладки должны быть металлическими или асбестоедными.

Читайте также: