Расход ацетилена и кислорода при сварке труб

Расход ацетилена и кислорода при сварке труб

ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ

Ознакомиться с оборудованием, применяемыми материалами и технологией газовой сварки.

В соответствии с вариантом задания (прил. 1) для газовой сварки малоуглеродистой стали в нижнем положении описать технологию, подобрать режим сварки, рассчитать полный расход горючего газа.

1. Основные положения

При газовой сварке расплавление кромок свариваемого изделия и присадочной проволоки осуществляется теплом, выделяющимся при сжигании горючего газа в смеси с кислородом. Газовую сварку применяют при изготовлении сварных изделий из тонколистовой стали, медных и алюминиевых сплавов, при исправлении дефектов в чугунных и бронзовых отливах, а также при различных ремонтных работах.

Кислород, используемый для сварочных работ, получают из воздуха методом глубокого охлаждения и поставляют к месту потребления в стальных баллонах голубого цвета с черной надписью » Кислород » . Водяная емкость баллона 40 литров и при давлении 15 МПа он вмещает 6 м 3 газообразного кислорода.

В качестве горючих газов могут быть использованы ацетилен, водород, природный и нефтяной газ, пары бензина и керосина. Наибольшее применение получил ацетилен, так как он дает при горении в технически чистом кислороде самую высокую температуру пламени, достигающую 3150 ° С.

Ацетилен (С ₂ Н ₂ ) – бесцветный газ с характерным запахом, воспламеняется при 420 ° С, становится взрывоопасным при сжатии свыше 0,18 МПа, а также при длительном соприкосновении с медью и серебром. Ацетилен получают в ацетиленовых генераторах при взаимодействии карбида кальция с водой:

К месту сварки ацетилен поставляется в стальных баллонах вместимостью 40 литров, в которых при максимальном давлении 1,9 МПа содержится примерно 5,5 м 3 газа. Для обеспечения безопасного хранения и транспортировки ацетилена, баллон заполнен пористым активированным углем, который пропитан ацетоном. В одном объеме ацетона растворяется 23 объема ацетилена. Баллон окрашен в белый цвет с надписью «Ацетилен» красного цвета.

Схема газового поста с питанием от баллонов показана на рис.1.

Рис. 1. Схема газосварочного поста с питанием от баллонов:
1 – сварочная горелка; 2 – гибкий шланг; 3 – редуктор;
4 – баллон с ацетиленом; 5 – баллон с кислородом

К вентилям баллонов крепятся газовые редукторы, которые предназначаются для снижения давления газа, поступающего из баллона к горелке, и поддержания постоянства установленного давления во время работы. Газовые редукторы имеют обычно два манометра, один из которых измеряет давление газа на входе в редуктор, второй – на выходе из него. Редукторы для различных газов отличаются лишь устройством присоединительной части, которая соответствует устройству вентиля соответствующего баллона и исключает ошибочную установку, например, ацетиленового редуктора на кислородный баллон. Корпус редуктора окрашивают в определенный цвет, например, голубой для кислорода, белый для ацетилена. К сварочной горелке кислород и ацетилен от редукторов подаются через специальные резиновые шланги.

Газосварочные горелки служат для смешивания в требуемой пропорции кислорода и ацетилена, подачи горючей смеси к месту сварки и создания концентрированного пламени требуемой мощности. По принципу действия горелки подразделяются на инжекторные и безинжекторные (рис. 2). В инжекторных горелках поступление горючего газа (ацетилена) происходит за счет подсоса его струей кислорода, который, вытекая с большой скоростью из сопла инжектора, создает разряжение в каналах, по которым поступает ацетилен. Давление кислорода должно быть при этом равным 0,2 – 0,4 МПа, а давление ацетилена на входе в горелку может быть 0,001 – 0,002 МПа.

Рис. 2. Схемы ацетиленовых горелок:
а – инжекторные; б – безинжекторные; 1 – ствол горелки; 2 – гайка;
3 – наконечник; 4 – мундштук; 5 – смесительная камера; 6 – инжектор;
7 – вентиль; 8 – штуцер присоединительный

Горелки этого типа имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий инжектора и мундштука, что позволяет регулировать в широких пределах мощность ацетилено – кислородного пламени, поддерживая достаточно высокую скорость истечения газов из горелки. Наиболее распространенные инжекторные горелки “Звезда” и ГС – 3 имеют семь номеров сменных наконечников (табл. 1).

Техническая характеристика инжекторных горелок “Звезда” и ГС – 3

Норма расхода кислорода на резку металла, как главный вид затрат в рабочем процессе

Содержание:

Нормирование расхода кислорода на резку металла является основополагающей, как при вычислении общих затрат в течение трудового процесса, так и при вычислении себестоимости изготовления детали и производства определённых видов работ. Так как кислород является топливом для резки детали, то норма расхода кислорода на резку металла приобретает ключевое значение, наряду с расходом электроэнергии. Существует несколько способов термического разделения металлов, которые подразделяются в зависимости от способа и вида используемого топлива. Поэтому наряду с кислородной резкой металлов мы в данной статье обратим внимание и на другие способы резки металлических конструкций. Итак, приступим.

Разновидности термической резки металла.

Рассмотрим три основных способа терморезки. Первый по распространению тип – это кислородно-разделительная резка. Область применения – раскрой листового и сортового углеродистого, низколегированного металлопроката, обрезка лишних выступов и кромок, которые образовались во время литья, подготовка деталей под сварку и прочее. Данный способ не применяется для разделения нержавеющих высоколегированных сталей, цветных металлов и чугуна.

Следующий тип – это плазменно-дуговая резка. Область применения – это также раскрой, но в данном случае низко- и высоколегированных сталей, а также алюминия, меди и их сплавов.

И последний тип, который мы рассмотрим в данной статье – это лазерная резка, которая является одним из инновационных методов резки металлов. Этот способ значительно расширяет область применения газовой резки и, благодаря этому, можно эффективно разделять тонколистный прокат, специальный профильный прокат, тонкостенные трубы, как из металлических, так и не из металлических деталей.

Расход газового топлива в различных способах (кислород, ацетилен, газозаменители) на разделение определяется по специализированным таблицам в зависимости от режима резки, а также от толщины разрезаемого металла.

При вышеупомянутых типах резки по видам топлива номинируется расход газов, которые используются для разогрева разрезаемой конструкции, для резки, а также для образования плазмы. Повторим, что к таким относятся: кислород, газы-заменители (пропан- бутан, природный газ и др.), ацетилен, а также азот. Кроме этих газов, используются водород и аргон, но их область и популярность применения не значительна, поэтому включать в содержание статьи мы их не будем.

Во время работы с плазменно-дуговым прибором важно заранее планировать количество сменных специальных электродов (катодов), с циркониевыми или гафниевыми вставками. Нормы расхода данных электродов меняются в зависимости от интенсивности рабочего процесса и в общем, не превышают 4 стержней за одну смену. Более точное нормирование расхода стержней будет указано в инструкции по эксплуатации данного агрегата.

Расход газов на резку металла: нормы.

Расхода кислорода на резку металла, как и расход других газов, рассчитывается по специальной формуле:

И в этом уравнении Н – это нормативы расхода во время рабочего процесса, кубический метр газа на метр реза. L – величина разреза или вырезаемой детали, метр. K_h – это коэффициент, который учитывает множество особенностей рабочего процесса: расход газа на начальном этапе резке, продувка и регулировка, зажигание плазменной дуги, на прогрев металла, и, как правило, он равняется 1.1 при единичном производстве, или 1.05 — при промышленном производстве.

Норма расхода кислорода на резку металла и прочих газов (Н, кубический метр на один метр разреза) во время разделения в зависимости от мощностей оборудования и режима резки, высчитывается по следующей формуле:

Где Р – это допустимый расход газов, который указан в технических характеристиках используемого оборудования, метр кубический на час, а V – это скорость разделения метр на час.

Основные значения газового расхода по различным диапазонам скорости резки для некоторых типов оборудования, которые можно применять для расчётов крупного масштаба в промышленном производстве, приведены в следующей таблице.

Применение различных газов в качестве топлива для разделительных машин по металлу обусловлено требованиями к применяемому оборудованию и в зависимости от технологического процесса. Зависимость толщины и скорости резки от допустимого расхода газа является прямо пропорциональной и данное значение можно легко и просто определить интерполированием. И поэтому можно укрупнено, оценочно совершить вычисление расхода различных газов независимо от вида термической резки металлов, исходя из размеров разреза, толщины металла, а также мощности оборудования.

В конце важно отметить, что нормирование расхода газов – это одна из важных особенностей, от которых зависит эффективность и скорость рабочего процесса, поэтому не стоит забывать про нормативы расхода, особенно во время разделения металла в огромных масштабах.

Расчет технологических параметров ацетиленокислородной сварки

Варианты расчета сварки деталей представлены в табл. 11.

Расчет сварки деталей проводят в следующей последовательности.

1. Выбор наконечника горелки.

Мощность пламени зависит от количества сгорающих газов и задается толщиной свариваемых деталей. Часовой расход ацетилена определяют по формуле:

, л/ч,

где – толщина свариваемой детали, мм;

– коэффициент удельного расхода ацетилена на единицу толщины свариваемых деталей, л/ч´мм:

=100…130 л/ч´мм – низкоуглеродистые стали;

=80…100 л/ч´мм – высоколегированная сталь и чугунные детали;

=100…150 л/ч´мм – алюминиевые детали;

=150…220 л/ч´мм – медные детали.

Меньшие значения коэффициента k следует брать для левого, а большие — для правого способа сварки.

В зависимости от часового расхода А ацетилена по табл.12 находят номер наконечника газовой горелки.

Выбор номера наконечника в зависимости от толщины свариваемых деталей и расхода ацетилена

2. Обоснование способа сварки (левый или правый).

3. Выбор по табл. 10 схемы разделки кромок (отбортовка, скосы).

4. Подбор схваток (длина, расстояние между ними, количество).

5. Выбор угла наклона горелки к поверхности свариваемых деталей в зависимости от толщины h детали.

6. Подбор марки и диаметра присадочной проволоки:

d_св.пр=h/2+1, мм – для левого способа сварки;

d_св.пр=h/2, мм – для правого способа сварки.

Листы малой толщины (h до 1…2 мм) можно сваривать без присадочной проволоки, с предварительной отбортовкой кромок. Более толстые листы сваривают присадочной проволокой и с отбортовкой кромок, а при h>5…6мм – с разделкой кромок (табл.10). При сварке изделий толщиной свыше 20 мм диаметр присадочной проволоки берется не более 10…12 мм.

7. Определение количества расходуемой проволоки на 1 погонный метр шва:

, г/ м,

где ­– толщина свариваемых деталей, мм;

– коэффициент расхода проволоки, =12 г/ мм´м для малоуглеродистой стали.

Находим общий расход присадочной проволоки (наплавленного металла) по массе: , г,

где _. – длина сварного шва, м;

и по длине присадочной проволоки , м,

где – удельный вес присадочной проволоки (= 7,8 г/см 3 для стали).

Расчет нормы времени

Основное время определяем по формуле:

, мин,

где – вес наплавленного металла, г,

– расход ацетилена, л/ч,

– поправочный коэффициент, зависящий от способа сварки и положения шва в пространстве; =1,0…1,6. Чем сложнее выполнение шва, тем больше значение этого коэффициента, так максимальное его значение будет при потолочном шве ( =1,6), меньше при вертикальном шве ( =1,2) и наименьшее при горизонтальном шве ( =1,0); при кольцевом шве значение коэффициентов будут в случае поворота детали =1,15 , а без поворота — =1,3.

– поправочный коэффициент, зависящий от длины сварного шва :

=1,2 при _.

Сварка ацетиленом

Старая сварочная технология, с помощью которой всегда получается красивый и прочный шов, ацетиленовая сварка. В основе данного процесса лежит горючий газ – ацетилен, который всегда получали при помощи смешивания воды и карбида кальция. И делали это в специальном баллоне, называемом генератором. К оборудованию добавлялся кислородный баллон, комплект шлангов, горелка, установленная на специальной рукоятке, на которой располагаются регулирующие вентили. С их помощью регулировалась подача и расход ацетилена и кислорода.

Возни с генератором газа всегда было много. Его необходимо было перед каждым сварочным процессом загружать карбидом и заполнять водой. После окончания сварки смесь сливали, тем самым получали непредвиденный расход материалов. Сегодня вместо капризных генераторов используют баллоны, которые в заводских условиях заполняются ацетиленом под необходимым давлением.

Горелка для сварки ацетиленом

Газосварка ацетиленом, а точнее, ее качество, зависит от горелки. От точного ее выбора по размерам, от грамотной подачи газов в ее полость. Что касается размеров, то горелки маркируются от нуля до пяти. В этом случае «0» является самым малым размеров, соответственно «5» — самым большим. Здесь в основном имеется ввиду размер отверстия. И чем больше он, тем шире будет сварочный шов после сварки, соответственно и больше будет расход газовой смеси.

Поэтому, начиная варить металлические заготовки ацетиленом, нужно в первую очередь убедиться, что наконечник (его номер) соответствует форсунке, через которую будет подаваться горючая газовая смесь.

Технология сварки

Перед тем как варить ацетилен сваркой, необходимо открыть подачу ацетиленового газа до появления резкого специфичного запаха. Горелка поджигается, после чего надо постепенно добавлять кислород до образования устойчивого синего пламени. Обратите внимание, что на каждом баллоне: ацетиленовом и кислородном установлены редукторы. Так вот при подаче обоих газов на ацетиленовом баллоне должна устанавливаться подача под давлением 2-4 атм, на кислородном до 2 атм. Повышать давление нет смысла, потому что это приведет к неправильной регулировке горючей смеси.

Когда производится сварка черных металлов, то обычно сварщики устанавливают так называемое нейтральное пламя. Состоит оно из трех частей, которые четко видны невооруженным глазом:

• Внутри располагается ядро, оно имеет яркий голубой окрас нередко с зеленоватым оттенком.
• Далее идет восстановительное пламя. Это так называемая рабочая область, имеющая бледно-голубой окрас.
• И сверху располагается факел пламени. И он тоже является рабочим.

Всего специалисты отмечают четыре разновидности пламени ацетиленовой сварки, но именно нейтральный вид используется чаще всего. Его нужно правильно настроить. И если настройка была проведена неграмотно, то сварка ацетиленом будет не варить металл, а резать его. Очень важно не допустить, чтобы пламя горелки было длинным и с оранжевым концом. Такое пламя вводит в нагретый металл углерод в избытке. А этот химический элемент для сварочного процесса – не самый лучший показатель.

Способы сваривания

Существует два вида сварки: «на себя» и «от себя». В первом случае горелка движется первой, разогревая до необходимой температуры сварочную ванну, а за ней присадочная проволока. При этом необходимо, чтобы пламя горелки подавалось в зону сваривания под углом 45°. Горелка должна двигаться кругами или полукругами вдоль шва, присадка должна поспевать за пламенем и двигаться внутрь сварной зоны.

Во втором случае, наоборот, перед горелкой движется присадочный стержень. Обычно таким способом сваривают заготовки из толстого металла. Потому что сам процесс расплавления основного металла и присадки происходит одновременно, и смешанный расплавленный металл полностью заполняет сварную ванну. Но самое важное при таком способе соединения необходимо добиться равномерного смешивания двух металлов. Если взаимное проникновение будет слабым, то и шов получится некачественным.

Кстати, взаимопроникновение металлов, по-научному пенетрация, может выглядеть чисто внешне некрасиво, но при этом прочность соединительного шва будет максимально высоким. И, наоборот, красивый шов не обеспечивает высокое качество сварного соединения. В этом случае красота может оказаться обманчивой. Но чтобы результат был гарантированно качественным, необходимо устанавливать зазор между заготовками по минимуму, а также проводить предварительные прихватки с той же целью – уменьшение зазора.

Особенности газовой сварки

Ацетилено-кислородная сварка имеет три основных параметра, от которых зависит качество конечного результата. Это мощность огня (пламени), это под каким углом к сварочной поверхности располагается горелка, диаметр используемого присадочного прутка.

Мощность пламени горелки выбирается в зависимости от теплофизических свойств металла и от толщины свариваемых заготовок. Зависимость такая: чем толще детали, чем выше у их металла теплопроводность и температура плавления, тем больше должна быть и мощность пламени горелки. Последняя определяется расходом газовой смеси. Чем больше расход, тем выше мощность. Для каждого вида металлов выбирается свой мощностной показатель. Существуют формулы, по которым он определяется. Основная зависимость – это толщина свариваемых заготовок.

• Для черных металлов (сталь и чугун) мощность располагается в пределах (100-150)n, где n – это толщина детали.
• Для цветных металлов, к примеру, для меди – диапазон равен (150-200) n .

Мощность пламени, как и расход газов, имеет единицу измерения – л/час.

Что касается угла наклона горелки, то она также изменяется в зависимости от толщины соединяемых изделий. К примеру, если толщина варьируется в диапазоне от 1 до 15 мм, то угол наклона будет изменяться от 10 до 80°. И чем толще металл, тем больше угол наклона. Но в самом начале сварки необходимо угол наклона выдерживать максимальным, даже до 90°, потому что при таком значении будет быстрее нагреваться соединяемые детали, плюс быстрее сформируется сварочная ванна.

Диаметр присадочного стержня также выбирается в зависимости от толщины заготовок. Формула определения проста: половина толщины плюс один миллиметр. К примеру, если свариваются между собой детали толщиною 4 мм, то для их соединения необходима присадка диаметром 3 мм.

Плюсы и минусы

К преимуществам газовой сварки можно отнести:

• Полная независимость от электричества.
• Возможность изменять температуру сварочной ванны только за счет изменения угла направления пламени, то есть, расположения горелки.
• Возможность избегать прожогов, изменяя расстояние от сварочной поверхности до горелки.
• Аппарат и все оборудования для ацетиленовой сварки мобильно.

Но есть у данной технологии и свои минусы.

• Небольшая производительность сварочного процесса.
• Достаточно большая площадь нагрева, что чаще всего отрицательно влияет на сам основной металл.
• Для проведения сварных работ требуется сварщик с высокой квалификацией.
• Редко используется в промышленных объемах.

Чаще всего же сварка ацетиленовым газом применяется для соединения тонкостенных заготовок. К примеру, для стыковки тонкостенных труб, где невозможно изнутри использовать флюс или защитный газ. Обязательно ознакомьтесь с видео-уроком, правила ведения ацетиленовой сварки.

Газовая сварка

Газовая сварка представляет собой один из видов сварки плавлением. Источником теплоты является высокотемпературное пламя сжигаемых газов в горелке. При производстве работ в качестве горючих газов наиболее часто применяются смеси кислорода и ацетилена, пропана и бутана, водород, либо природный газ. Соединение кромок металла производится с помощью присадочной проволоки, или за счет расплавления отбортованных кромок (для толщины металла не больше 2 мм).

Газовая сварка позволяет соединять детали практически из всех металлов, причем такие материалы, как чугун, латунь, медь, свинец таким способом свариваются лучше, чем электродуговой сваркой. Другим преимуществом этого метода является отсутствие необходимости в источнике электрического тока, простота сварочного процесса.

Превалирующей областью применения газовой сварки является соединение низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей толщиной до 4 мм, труб диаметром до 100 мм и толщиной стенки 3. 5 мм, чугунных деталей, деталей из цветных металлов различной толщины, наплавка на стальные и чугунные детали. Сваривание стали большей толщины производительнее электродуговым способом.

Рабочее место для проведения газовой сварки включает в свой состав кислородные баллоны с редукторами (для снижения давления баллонного газа), ацетиленовый генератор для кислородно-ацетиленовой сварки, предохранительные затворы, резиновые рукава для подачи газов, горелки, сварочные материалы: присадочную проволоку и флюсы; слесарные принадлежности и инструмент (средства индивидуальной защиты, ключи, зубила, молотки, металлические щетки и т.д.), приспособления для сборки, стол сварщика.

Кислород к посту сварщика может доставляться в газообразном виде в баллонах под давлением, либо в жидком виде, затем его преобразуют в газообразное состояние с помощью насосов с испарителями или газификаторов.
При газовой сварке можно изменять тип пламени при помощи варьирования состава смеси горючих газов (рисунок 1). Нормальное пламя характеризуется соотношениями:

1) кислород:ацетилен=1,1. 1,2;
2) кислород:природный газ=1,5. 1,6;
3) кислород:пропан=3,5.

Окислительное пламя применяется при сваривании латунных деталей. Науглероживающее пламя связано с избытком ацетилена, оно применяется при сварке чугуна. Оба вида пламени используются также для пайки с применением твердосплавных припоев.

В начале работы угол наклона мундштука выставляют больше, а затем его уменьшают в соответствии со значениями на рисунке 2.

В конце шва угол уменьшают, чтобы не произошло пережога металла. При сваривании шва совершают поперечные колебания мундштуком (рис. 3) для равномерного прогрева и получения шва требуемой ширины.

При заварке швов в нижнем пространственном положении наиболее часто используются колебательные движения «полумесяцем». Движение мундштука могут быть двух типов — левым и правым (рисунок 4). В первом случае пламя горелки направлено на не сваренные кромки деталей, во втором — на уже сваренный участок шва. Правое направление дает более качественный шов, оно экономичнее и производительнее при сварке деталей, у которых толщина выше 5 мм. Присадочную проволоку держат под углом примерно 45 град. в направлении, противоположном перемещению мундштука. По окончании шва присадочную проволоку не убирают из сварочной ванны, чтобы не произошло окисления металла.

Технологический процесс газовой сварки включает операции подготовки кромок, сборку перед сваркой в приспособлениях, кондукторах или на прихватках, сварку и зачистку шва, предварительную или последующую термообработку. Способы разделки кромок под стыковые швы показаны в таблице 1. Газовая сварка нахлесточных и тавровых швов производится для металла толщиной не больше 3 мм, угловые швы обычно варят без присадочной проволоки, оплавлением кромок. Длину прихваток и расстояние между ними можно выбрать по таблице 2.

Режимы газовой сварки имеют следующие параметры: мощность пламени (расход горючего газа, л/ч), диаметр и расход присадочного материала, тип пламени (состав газов).

Мощность определяется по формуле:
М=k*S,
где k — удельный расход горючего газа, л/ч, потребный для сварки материала толщиной 1 мм;
S — толщина свариваемых кромок.

Удельный расход можно определить по таблице 3. Исходя из мощности, назначается номер наконечника горелки по паспортным данным. Диаметр присадочного материала при сваривании стали определяется по формулам:

1) левый способ сварки d=(S+1)/2,
2) правый способ d=S/2.

Расход присадочного материала прямо пропорционален произведению квадрату толщины кромок и удельному расходу на 1 погонный метр шва (таблица 4).

Недостатками этого метода сварки являются взрывоопасность и пожароопасность (кислород при контакте с маслами самовоспламеняется, в смеси с горючими веществами кислород взрывоопасен, неисправные горелки также могут привести к взрывам и пожарам), большая зона нагрева металла, что может привести к деформациям конструкции, более низкая скорость нагрева металла шва, большие затраты на расходные материалы (кислород, ацетилен), по сравнению с дуговым методом сварки, низкая степень механизации.