Гази, флюси та дріт для зварювання
Кисень. З метою отримання високої температури полум'я для нагрівання металу при зварюванні та різанні горючі гази або пари спалюють у суміші з технічно чистим киснем.
Маса 1 м 3 кисню при атмосферному тиску (1 кгс/см 2 ) і 20 ° С дорівнює 1,33 кг. Кисень одержують з атмосферного повітря методом глибокого охолодження, а в деяких випадках з води шляхом розкладання її електричним струмом (електроліз).
Технічний кисень випускається за ГОСТ 5583-68 трьох сортів: 1-го сорту, що містить не менше 99,7% чистого кисню, 2-го - не менше 99,5% і 3-го сорту - не менше 99,2% ( за об'ємом); залишок в 03-08% становлять аргон і азот. Вміст вологи (водяної пари) в технічному кисні не повинен перевищувати 0,005 г/ж 3 що відповідає температурі насичення кисню вологою при тиску 760 мм рт. ст. не вище мінус 63° С. Кисень, який отримується електролізом води, може містити не більше 0,7% водню (за обсягом).
Чистота кисню має дуже важливе значення для кисневого різання, тому що навіть при незначному зниженні чистоти суттєво збільшується його витрата та погіршується якість різу.
При зіткненні стисненого газоподібного кисню з олією чи жирами останні можуть самозаймистись і викликати пожежу чи вибух. Тому кисневі балони слід ретельно оберігати від забруднення олією. Особливо небезпечні просочені рідким киснем пористі горючі речовини (вугілля, сажа, повсть, вата та ін.), які в цьому випадку стають вибуховими. Одяг та волосся, будучи насиченим киснем, легко спалахують. Суміші кисню з горючими газами, рідинами та їх парами вибухонебезпечні при певних співвідношеннях кисню та пального у суміші.
Горючі гази. Як горючі гази при зварюванні та різанні застосовують ацетилен, водень, пропан, нафтові гази, природний газ та інші горючі, а також пари гасу. Основні дані горючих наведено у табл. 7.
Ацетилен найбільш широко застосовується для газового зварювання та різання, так як дає високу температуру полум'я при згорянні суміші з киснем (3150-3200° С). Ацетилен (С2Н2) являє собою газоподібну хімічну сполуку вуглецю з воднем. Технічний ацетилен не має кольору, але має різкий характерний запах. Тривале вдихання технічного ацетилену викликає запаморочення і отруєння. Маса 1 м 3 ацетилену при 20 ° С і 1 кгс/см 2 дорівнює 1,09 кг. За наявності джерела займання або нагрівання до 450-500° З чистий ацетилен під тиском вище 1,5 кгс/см 2 здатний вибухати.
Вибухи ацетилену мають велику руйнівну силу, тому при використанні його необхідно суворо дотримуватися правил техніки безпеки.
Технічний ацетилен одержують із карбіду кальцію шляхом розкладання останнього водою. При цьому з карбіду кальцію в ацетилен переходять шкідливі домішки, що забруднюють ацетилен: сірководень, аміак, фосфорний водень, крем'яний водень. Ці домішки можуть погіршувати властивості наплавленого металу і тому видаляються з ацетилену промиванням у воді та хімічним очищенням.
В даний час розроблені та застосовуються в промисловості нові способи отримання ацетилену: термоокислювальним піролізом природного газу в суміші з киснем; розкладанням рідких вуглеводнів (нафти, гасу) дією електродугового розряду.
Гази – замінники ацетилену. Для зварювання та різання металів застосовують також горючі – замінники ацетилену. При зварюванні необхідно, щоб температура полум'я приблизно вдвічі перевищувалатемпературу плавлення металу Тому гази-замінники, оскільки температура їх полум'я нижча, ніж у ацетилену, зазвичай використовують при зварюванні металів з нижчою температурою плавлення, ніж сталь (чавуну, алюмінію та його сплавів, латуні, свинцю), при паянні тощо.
Температура полум'я більшості горючих визначається їх швидкістю займання, яка залежить від фізико-хімічних властивостей газу та кількості кисню у суміші. Розмір швидкості займання (м/сек) така: ацетилену 12,5-13,7; пропану 3,8-4,5; бутану 3,5-3,7; метану 2,4-3,3; водню 8-9. Чим більша швидкість займання, тим вище температура полум'я. Винятком є водень, який, маючи досить високу швидкість займання, дає полум'я щодо низької температури, що зумовлено малою об'ємною теплотворною здатністю водню. Більш правильну оцінку придатності пального для зварювання можна зробити на підставі порівняння інтенсивності горіння газо-кисневих сумішей, під якою розуміється добуток нормальної швидкості горіння на теплотворність суміші (табл. 8).
З даних цієї таблиці видно, що первинна інтенсивність горіння (в I зоні) нормального полум'я найбільш висока у ацетилену (1,25 ккал-см -2 -сек -1 ), потім йдуть пропан, метан і водень, що відповідає співвідношенню цих температур горючих. Оскільки ацетилен дає найбільш високу температуру полум'я при згорянні в суміші з киснем, він може застосовуватися у всіх випадках газополум'яної обробки металів - зварюванні сталі та інших металів, різанні, паянні, загартуванні, наплавленні та металізації.
Такі гази-замінники, як природний газ та пропан-бутан, можна використовувати при зварюванні тонкої сталі, застосовуючи спеціальні мундштуки та полум'я з надлишком кисню, для підвищення температури полум'я.І тут зварювання ведуть дротом, що містить розкислювачі — марганець, кремній.
При кисневому різанні користуватися ацетиленом необов'язково; можна застосовувати інші горючі гази, які при згорянні суміші з киснем дають полум'я з температурою не нижче 1800-1900 ° С.
Кількість тепла в кілокалоріях, що отримується при повному згорянні 1 м 3 або 1 кг газу, називається теплотворною здатністю (теплотворністю) газу. Чим вище теплотворна здатність газу, тим він більш придатний для зварювання та різання металів.
Для згоряння горючих газів потрібна різна кількість кисню, що подається в пальник або різак (див. табл. 7).
Якщо відома витрата ацетилену м 3 /год для зварювання або різання даного металу, то, користуючись коефіцієнтом заміни, можна визначити необхідну кількість пального газу-замінника ацетилену.
Коефіцієнтом заміни (Кг) називається відношення теплотворної здатності ацетилену (Qa=12 600 ккал/м 3 ) до теплотворної здатності даного палива (Qr), тобто.
приклад. Для різання сталі витрачається ацетилену Va = 1500 дм3/год. Визначити необхідну кількість метану для тих самих умов різання. За табл. 7 знаходимо теплотворну здатність метану Qr=8200 ккал/м 3 коефіцієнт заміни для природного газу дорівнює
Практично приймають Кг=1,8 підвищення продуктивності зварювання.
Внаслідок нижчої температури полум'я застосування газів-замінників при зварюванні обмежене. Деякі гази та рідкі горючі (наприклад, нафтовий газ, пропан, гас) для отримання високотемпературного полум'я вимагають порівняно з ацетиленом більшої питомої витрати кисню. Низькокалорійні гази-замінники ацетилену неекономічно транспортуватимуть у балонах під високим тиском на значні відстані. Такі гази слідуютьвикористовувати на підприємствах у тих районах, де ці гази є в достатній кількості і можуть подаватися до місць зварювання та різання трубопроводами.
При подачі в цех газів-замінників трубопроводом, на кожному зварювальному посту необхідно встановлювати постовий запобіжний затвор закритого або сухого типу (вогнезапобіжник), розрахований на відповідний тиск і витрати газу. Затвор служить захисту газопроводу від зворотного удару полум'я з пальника чи різака.
Тиск горючих газів, при яких вони використовуються в апаратурі для зварювання та різання, встановлені ГОСТ 8856, мають такі значення:
Низький тиск індексів А та Г використовується в наступній апаратурі: пальниках ручних інжекторних з витратою газу до 2000 л/год; різаках ручних (і в різаках переносних машин) інжекторних для різання сталі товщиною до 300 мм та вставних; різаки ручні для поверхневого різання на газах-замінниках. В іншій апаратурі застосовують середній тиск горючих газів індексів Б, В, Д і Е.
Карбід кальцію (СаСг). Є шматковоподібною речовиною темно-сірого або коричневого кольору з об'ємною масою 2,26 кг/дм 3 . У технічному карбіді кальцію міститься чистого карбіду кальцію 80-90%, а решта - домішка вапна. Карбід кальцію отримують на спеціальних заводах сплавленням вапняку та коксу у дугових електричних печах. Після остигання, дроблення та сортування карбід кальцію упаковують по 100-130 кг у герметичні барабани з покрівельної сталі та в такому вигляді доставляють споживачам. Розміри шматків дорівнюють від 2 до 80 мм. Частинок розміром менше 2 мм (пилу) у технічному карбіді має бути не більше 3%. У середньому при розкладанні 1 кг технічного карбіду кальцію утворюється від 230 до 280 дм3 ацетилену. За ГОСТ 1460 карбід кальціювипускається у шматках наступних розмірів (грануляції): 2x8; 8х15; 15x25; 25х80 мм. Чим більший карбід кальцію, тим більше вихід з нього ацетилену. Процес розкладання карбіду кальцію водою відбувається за реакцією
Теоретично для розкладання 1 кг карбіду кальцію потрібно 0,562 кг (або дм 3) води. При цьому виходить 0,406 кг (або 372,5 дм 3) ацетилену і 1,156 кг вапна. При цій реакції виділяється тепло (близько 475 ккал/кг карбіду кальцію), тому розкладання ведуть у надлишку води, щоб не відбулося нагрівання ацетилену до високих температур, що можуть викликати його вибуховий розпад. Майже на 1 кг карбіду кальцію в генераторах витрачають від 5 до 15 л (дм 3 ) води. З урахуванням втрат ацетилену при розкладанні карбіду кальцію питома витрата карбіду на 1 м3 ацетилену практично становить 4,3-4,5 кг. Карбід кальцію жадібно поглинає воду. Достатньо присутності парів води в повітрі, щоб карбід кальцію почав розкладатися та виділяти ацетилен.
Чим менші розміри шматків карбіду кальцію, тим швидше відбувається його розкладання. Карбідний пил, змочений водою, розкладається майже миттєво, тому його не можна застосовувати у звичайних ацетиленових генераторах, розрахованих для роботи на шматковому карбіді кальцію, оскільки це може спричинити спалах і навіть вибух ацетилену в генераторі. Для розкладання карбідного пилу застосовують генератори спеціальної конструкції. Застосовують також "сухий" спосіб розкладання карбіду кальцію. За цим способом на 1 кг дрібно подрібненого карбіду кальцію в генератор подають від 1 до 1,2 дм 3 води. Частина цієї води йде на реакцію розкладання, а залишок її випаровується, на що витрачається основна кількість тепла, що виділяється під час розкладання карбіду кальцію. В результаті цього процесу гашене вапно виходить у вигляді сухої пушонки, видалення татранспортування якого обходиться дешевше.
Зварювальний дріт. При газовому зварюванні застосовують дріт, близький за хімічним складом до металу, що зварюється. Не можна користуватися дротом невідомого хімічного складу. Для газового зварювання застосовують такий самий дріт, що й для дугового зварювання (див. табл. 2). Діаметр дроту вибирають в залежності від товщини металу, що зварюється, і способу зварювання. Для зварювання міді, латуні, алюмінію застосовують дріт із кольорового металу відповідної марки. Чавуни та бронзи зварюють за допомогою прутків, відлитих із цих металів.
Флюси. Для часткового захисту розплавленого металу від окислення і видалення окислів, що утворюються, застосовують зварювальні порошки або пасти, звані флюсами.
Склади флюсів вибирають в залежності від складу і властивостей металу, що зварюється. Флюс Повинен плавитися раніше, ніж метал, що зварюється, добре розтікатися по шву, не надавати шкідливої дії на метал шва і повністю видаляти оксиди, що утворюються при зварюванні. Як флюс використовують прожарену буру, борну кислоту, кремнекислоту і ряд інших речовин.
При зварюванні вуглецевої сталі флюси не застосовують, тому що в даному випадку зварювальне полум'я досить добре захищає метал від окислення. Чавуни, деякі спеціальні леговані сталі (хромисті та хромонікелеві), мідь та її сплави, алюміній та його сплави, магнієві сплави, необхідно зварювати з флюсами. Склади флюсів та способи їх застосування наводяться далі при описі технології зварювання відповідних металів.
Автор:АдміністраціяЗагальна оцінка статті:Опубліковано:2011.05.31
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _