Технологічні основи проведення монтажних робіт

 

6.3.2. Газове  зварювання

 

При газовому зварюванні метал розплавляється від тепла, яке отримується від  горіння різних газів: ацетилену, пропан-бутану та ін. Найчастіше використовують ацетилено-кисневе  полум’я.

Кисень  для газового зварювання застосовується для отримання горючої суміші. Він сприяє інтенсивному горінню  горючих газів і отриманню  високотемпературного полум’я. Для  газового зварювання застосовують газоподібний технічний кисень.

Ацетилен  – хімічне з’єднання вуглецю  з воднем (С₂Н₂). Це газ без кольору з характерним запахом, обумовлений наявністю домішок (фтористого водню, сірководню та ін.).

Ацетилен  отримують при взаємодії карбіду  кальцію з водою

Карбід  кальцію отримують шляхом сплавлення в електропечах коксу і обпаленого вапна

З 1 кг карбіду кальцію залежно від  сорту і грануляції отримують 235-280 л ацетилену. Для взаємодії 1 кг карбіду  кальцію теоретично необхідно 0,56 л  води, а практично беруть 7-20 л води для забезпечення доброго охолодження ацетилену і більш безпечної роботи газогенератора.

Залежно від співвідношення ацетилену і  кисню розрізняють три види киснево-ацетиленового  полум’я: нормальне (при співвідношенні ацетилену і кисню 0,8-1,0), навуглецьоване (при співвідношенні 1,0-1,2) і окислювальне (при співвідношенні 0,6-0,8).

Нормальне полум’я сприяє розкисленню металу зварювальної ванни і отриманню  якісного зварного шва. Навуглецьоване полум’я застосовують для навуглецьовування  металу шва або поповнення вигоряння  вуглецю. Окислювальне полум’я характеризується надлишком кисню і призводить до окислення розплавленого металу з утворенням ламкого і пористого  шва.

Регулювання зварювального полум’я проводиться  за його формою і забарвленням. Нормальне  полум’я можна отримати з окислювального, поступово збільшуючи надходження  ацетилену до утворення яскравого  і чіткого ядра полум’я. Можна  відрегулювати нормальне полум’я  з навуглецьованого, зменшуючи подачу ацетилену до зникнення зеленуватого ореолу у вершини ядра полум’я.

Характер  полум’я вибирають залежно від  матеріалу, який зварюється. Наприклад, для зварювання чавуну і наплавленні  твердих сплавів застосовують навуглецьоване полум’я, а при зварюванні латуні, різанні металу – окислювальне.

Важливим  показником зварювального полум’я  є його теплова потужність, яка  характеризується годинною витратою ацетилену

, м³/год.                                                                (6.6)

де r – коефіцієнт, який характеризує питому витрату ацетилену на   1 мм товщини деталі, м³/(год×мм). Для сталі складає 0,1-0,12, для чавуну – 0,11-0,14, для латуні – 0,12-0,13, для алюмінію – 0,06-0,10;

h – товщина деталі, мм.

Витрата кисню на 10-20 % більша, ніж ацетилену.

Матеріал  присадного дроту за своїми хімічними  і фізико-механічними властивостями  повинен бути приблизно однаковим  основному металу, або відрізнятися в сторону збільшення елементів, які легко окислюються.

Для проведення робіт з газового зварювання застосовується наступне обладнання: генератор або балон з горючим  газом; кисневий балон; редуктори (кисневий і для горючого газу); зварювальний пальник з набором змінних  наконечників; шланги для подачі горючого газу і кисню в пальник.

Ацетиленовий  генератор призначений для отримання  ацетилену при взаємодії карбіду  кальцію з водою.

Ацетилен  може поставлятися в балонах місткістю 40 л, в якому при максимальному  тиску 1,9 МПа міститься приблизно 5,5 м³ ацетилену. Балон фарбується в білий колір з написом червоними буквами „Ацетилен”.

Кисень  подається від кисневої рампи (для  стаціонарного поста), або від  кисневого балона місткістю 40 л, в  якому при максимальному тиску 15,15 МПа міститься 6 м³ кисню. Балон фарбується в голубий колір з написом чорними буквами „Кисень”.

  Для зниження тиску газу, який  надходить з балону, до робочого  і для підтримання цього тиску  постійним в процесі зварювання  застосовують редуктори.

Подача  кисню і ацетилену до пальника забезпечується відповідними стандартизованими  шлангами (рукавами). Передбачено шланги для подачі ацетилену при робочому тиску не більше 0,6 МПа і шланги для подачі кисню при робочому тиску не більше 1,5 МПа. Рукава складаються  з зовнішнього гумового шару, ниткового  обплетення і внутрішнього гумового шару (камери). Зовнішній шар ацетиленових рукавів червоно кольору, кисневих – синього кольору. Довжина шланга під час роботи від балона повинна  бути не менше 8 м, а під час роботи від генератора – не менше 10 м.

Основним  інструментом газового зварювальника  є пальник, який призначений для  правильного змішування горючого газу або парів горючої рідини з  киснем і отримання стійкого зварювального  полум’я необхідної потужності (таблиця 6.2).

Таблиця 6.2

Відповідність номера наконечника витраті ацетилену

Номер наконечника	Витрата ацетилену, дм3/год	Діаметр каналу сопла, мм
1	150	1,0
2	250	1,3
3	400	1,6
4	500	2,0
5	1000	2,5
6	1700	3,0
7	2500	3,5

 

Якість  зварного з’єднання залежить не тільки від правильного вибору режиму, але  і від техніки виконання зварювання.

При ручному зварюванні пальник направляють  на зварювальні кромки таким чином, щоб ядро полум’я, незалежно від  його довжини, знаходилися від розплавленої поверхні зварювальної ванни на відстані 2-6 мм.

Положення пальника (кут нахилу мундштука наконечника) залежить від товщини зварювальних кромок виробу і теплопровідності металу (табл. 6.3).

Таблиця 6.3

Кут нахилу мундштука пальника залежно  від товщини

зварювального металу

Товщина металу, мм	до 1	1-3	3-5	5-7	7-10	10-12	12-15	більше 15
Кут нахилу, град.	10	20	30	40	50	60	70	80

 

Газове  зварювання виконують лівим або  правим способом. Для зварювання деталей  товщиною до 3-5 мм застосовують лівий  спосіб (рис. 6.6, а). Пальник переміщають  за присадним дротом, а факел полум’я  попередньо нагріває кромки. При правому  способі (для зварювання деталей  товщиною більше 5 мм) присадний матеріал переміщають за пальником (рис. 6.6, б). Факел полум’я направлений в  цьому випадку на зварювальний шов  і захищає його від різкого  охолодження.

 

                            

          а)                                                                              б)

Рис. 6.6. Лівий (а) і правий (б) спосіб газового зварювання

 

В процесі зварювання мундштук пальника і присадний матеріал (пруток) здійснюють одночасно два рухи: один – вздовж осі зварювального шва, другий –  коливальний рух поперек осі  шва. При цьому кінець присадного матеріалу рухається в напрямку, протилежному руху мундштука.

Діаметр прутка або дроту приймають від  способу зварювання

лівому  , мм;     правому .                                   (6.7)

 

6.3.3. Механізоване  зварювання і наплавлення

Механізація зварювально-наплавлювальних робіт  забезпечує кращу продуктивність і  якість робіт порівняно з ручним. Відповідно до ступеня механізації  їх поділяють на автоматичні і  напівавтоматичні способи.

Автоматичним  називають наплавлення (зварювання), при якому механізовано процес подачі електродного дроту в зону горіння  дуги і переміщення деталі відносно електродного дроту (наплавлювальної  головки, пальника) або електродного дроту відносно деталі.

Напівавтоматичним називають наплавлення (зварювання), при якому механізовано процес подачі електродного дроту в зону горіння  дуги, а переміщення деталі відносно електродного дроту проводять вручну.

На  ремонтних підприємствах отримали розповсюджене застосування механізовані способи зварювання і наплавлення під шаром флюсу, в середовищі захисних газів, вібродуговий.

Рис. 6.6. Схема наплавлення під  шаром флюсу: 1 – шлакова кірка; 2 – наплавлений шар; 3 – деталь; 4 – флюс;    5 – електродний  дріт; 6 – еластична оболонка; 7 –  електрична дуга; 8 – ванночка з розплавленим металом

Суть  автоматичного наплавлення під  шаром флюсу (рис. 6.6) полягає в  наступному. Між деталлю 3 і електродним  дротом 5, з’єднаними з полюсами джерела  живлення, виникає електрична дуга 7. В зону горіння дуги подається  флюс 4. Під дією високої температури дуги відбувається плавлення металу деталі, електроду і частини флюсу. Плавлення флюсу супроводжується утворенням на поверхні еластичної оболонки 6, яка надійно захищає всю зону наплавлення від шкідливої дії повітря, запобігає розбризкуванню металу та утворенню пор. Внаслідок обертання деталі і віддалення від місця горіння дуги, наплавлений шар 2 охолоджується і формується під захисною шлаковою кіркою 1.

Фізико-механічні  властивості наплавленого шару залежать від марки електродного дроту, флюсу  і режимів наплавлення.

Для ремонту  деталей застосовують низьковуглецеві, вуглецеві, леговані і високолеговані дроти діаметром 1-3 мм. Крім дроту суцільного перерізу застосовують і порошкові.

Флюси, за способом виготовлення, поділяються  на плавлені, керамічні і флюсосуміші.

Плавлені  флюси виготовляють сплавленням  компонентів, наступним їх подрібненням і гранулюванням. До складу таких  флюсів входять шлакоутворювальні, газоутворювальні та іонізуючі речовини та розкислювачі.

Для приготування керамічних флюсів механічну суміш  всіх необхідних компонентів подрібнюють, просіюють і змішують у заданих  співвідношеннях, додаючи рідке  скло. Одержану масу гранулюють, сушать і витримують при температурі 300-400 °С протягом 2 год. До складу таких флюсів, крім стабілізуючих і шлакоутворювальних компонентів входять і легуючі.

Флюсосуміші складаються з плавлених флюсів з додаванням чавунної стружки, графіту  і феросплавів.

Якість  наплавленого металу суттєво залежить від вибору режимів процесу.

Зварювальний  струм І_зв і напругу U джерела живлення вибирають за емпіричними формулами

, А                                                               (6.8)

, В                                                           (6.9)

де D – діаметр деталі, мм.

Важливим  показником, який характеризує питоме значення швидкості наплавлення, служить  коефіцієнт наплавлення a_н

, г/(А×год.)                                                (6.10)

де d – діаметр електродного дроту, мм.

Швидкість переміщення дуги, або швидкість  наплавлення V_н, обумовлюється шириною і глибиною валиків і може бути вибрана за формулою

, м/год.                                                   (6.11)

де F – площа поперечного перерізу наплавленого валика, см²;

g – густина металу шва, г/см³.

Швидкість подачі електродного дроту V_е розраховується за формулою

, м/год.                                                           (6.12)

Крок  наплавлення s_н визначається перекриттям валиків і приймають рівним

, мм                                                          (6.13)

Виліт електродного дроту Н впливає на електричний опір мережі і приймають рівним