ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Оборудование для газовой сварки

Ацетиленовые генераторы - аппараты для получения ацетилена из карбида кальция.

Согласно ГОСТ 5190-78* ацетиленовые генераторы различают по производительности, устройству и по системе взаимодействия кар­бида кальция с водой. По производительности выпускаются генерато­ры на 0,5; 0,75; 1,25; 2,5; 3,5; 5; 10; 20; 40; 80; 160 и 320 м3/час ацети-

лена. Генераторы подразделяются на передвижные (производитель­ность до 3,2 м3/час) и стационарные (производительность 5.320

-5

м /час). Различают генераторы низкого (до 0,01 МПа); среднего (0,01.0,15 МПа) и высокого (более 0,15 МПа) давления.

По системе регулирования взаимодействия карбида кальция с водой различают генераторы с количественным регулированием и ге­нераторы с регулированием продолжительности взаимодействия кар­бида кальция с водой. В генераторах с количественным регулировани­ем применяют дозировку карбида кальция или воды. Если дозируется карбид кальция, то система называется «карбид в воду». При дозиров­ке воды и одновременной загрузке всего количества карбида кальция система называется «вода на карбид». Применяют также комбиниро­ванную систему, при которой дозируют оба вещества. В генераторах с повременной системой регулирования контакт карбида кальция с во­дой происходит периодически. Если подвижным веществом является карбид кальция, то система носит название «погружения», если под­вижной средой является вода, то - «вытеснения». С целью получения более четкого регулирования газообразования и уменьшения сброса газа в атмосферу применяют комбинацию двух указанных систем в одном генераторе.

В генераторах с системой «карбид в воду» (марки: ГПР-65; ГРК - 10) в постоянный объем воды подают карбид кальция. Количество об­разующегося газа регулируют подачей карбида. Эта система обеспе­чивает большую полноту реакции и теплоотвода при разложении кар­бида кальция водой, дает охлажденный, хорошо промытый газ. Гене­раторы, работающие по этой системе можно форсировать по произво­дительности (до 50%). Недостатком генераторов работающих по этой системе является значительный расход воды и обусловленные этим большие размеры аппарата, а также большое количество отходов - жидкого ила. Эти генераторы требуют более сложных механизмов для

регулирования подачи карбида кальция в генератор. Данная система нашла применение для генераторов производительностью свыше 20м3/час.

В генераторах с системой «вода на карбид» (марка: МГ-65) в специальное загрузочное устройство засыпают карбид и периодически подают воду. Количество образующегося газа регулируют подачей воды. Г енераторы, работающие по системе «вода на карбид» - проще по конструкции, дешевле в изготовлении, более удобны в эксплуата­ции. Они требуют небольшого количества воды, способны работать на карбиде кальция с разными размерами кусков, дают небольшое коли­чество отходов в виде жидкой гашеной извести. Недостатком этих ге­нераторов является перегрев ацетилена в зоне реакции и неполное разложение карбида кальция. Они не допускают форсирования по производительности. Г енераторы «вода на карбид» строят преимуще­ственно передвижного типа.

В генераторах с системой вытеснения (марки: ГВД-0,8; МГВ - 0,8; АСМ-1-66) вода и карбид периодически соприкасаются. Эти гене­раторы достаточно надежны и удобны в работе, допускают форсиро­вание по производительности. Недостатком их является опасность пе­регрева газа и спекания извести в зоне реакции в случае внезапного прекращения отбора газа при повышенном расходе, так как при этом смачивается сразу большое количество карбида кальция, который при прекращении расхода газа оказывается не погруженным в воду. Сис­тема «вытеснения» находит применение в генераторах производи-

-5

тельностью до 10м3/час.

Независимо от системы регулирования взаимодействия карбида с водой, все ацетиленовые генераторы (рис. 3.2) имеют следующие основные части: бункер или барабан с карбидом кальция, газосбор - ник, систему подачи воды, систему отбора газа и систему спуска ила.

Рассмотрим устройство и работу передвижного генератора низ­кого давления марки ГНВ-1,25 (рис. 3.3), работающего по комбиниро­ванной системе «вода на карбид + вытеснение». Корпус 2 генератора разделен перегородкой 8 на две полости. Реторта 3 сообщается с ниж­ней частью корпуса через резиновый шланг 6, вентиль 5 и трубку 7. конусообразный сосуд 9 сообщается с атмосферой в своей верхней части. Верхняя часть генератора соединена с нижней частью посред­ством трубки 12. выделяющийся газ поступает в газовую магистраль через вентиль 10. В сухую реторту устанавливают корзину с карбидом кальция и закрывают ее герметичной крышкой 4. в верхнюю полость генератора заливают воду при закрытом вентиле 5 и открытом венти­ле 10. Вода через трубку 12 поступает в нижнюю полость генератора. При открытом вентиле 5, вода поступает в реторту. Образующий при реакции с водой ацетилен по трубке 7 поступает в нижнюю полость генератора, вытесняя из нее часть воды и открывая доступ к трубке.

11. Через вентиль 10 ацетилен подается в газовую магистраль. По­скольку образующий объем ацетилена больше, чем расходуется при газовой сварке, то продолжается вытеснение из нижней полости. Как только уровень воды достигнет уровня вентиля 5, подача воды из нижней полости в реторту прекратится. Однако давление ацетилен в нижней полости генератора и в реторте продолжает повышаться, но более медленно. Под действием этого давления, вода из реторты вы­тиснится в конусообразный сосуд. Уменьшится объем карбида сопри­касающийся с водой и уменьшится выделение ацетилена. По мере от­бора ацетилена, его давление в генераторе упадет. Вода из конусооб­разного сосуда поступит в реторту и образование ацетилена увеличит­ся.

При работе газовой горелки возможен обратный удар - воспла­менение ацетиленокислородной смеси в каналах горелки и распро­странение пламени навстречу потоку ацетилена. Иногда пламя про-

ходит даже в ацетиленовый шланг, и если на его пути нет преграды, то обратный удар пройдет в ацетиленопровод или генератор, что при­ведет к взрыву ацетилена. Горение ацетиленокислородной смеси, т. е. распространение в ней пламени, происходит с определенной скоро­стью, которая зависит от состава и температуры смеси. Горючая смесь вытекает из отверстия горелки с некоторой скоростью, которая долж­на быть всегда больше скорости сгорания. Если скорость истечения смеси станет меньше скорости горения, то пламя может проникнуть в канал горелки и воспламенить в нем горючую смесь. При этом про­изойдет хлопок, а если пламя проникло глубоко в горелку, то возника­ет обратный удар пламени. Обратный удар может произойти, если увеличится скорость горения, например, вследствие перегрева горел­ки или увеличения количества кислорода в смеси. Обратный удар мо­жет также произойти при закупорке выходного канала горелки каплей расплавленного металла.

Для предохранения ацетиленовых генераторов и газопроводов (при централизованном снабжении газосварочных постов) от взрыва при обратном ударе применяют специальные предохранительные уст­ройства - водяные затворы.

Для генераторов низкого давления применяют затворы открыто­го типа. В них взрывная волна и пламя, движущиеся навстречу горю­чему газу, выводятся в атмосферу. Для генераторов среднего давления применяют затворы закрытого типа. В них взрывная волна и пламя га­сятся внутри затвора. В корпусе 6 водяного затвора открытого типа (рис. 3.4) размещены газоподводящая 2 и предохранительная 5 труб­ки. При заправке затвора водой (рис. 3.4, а), ее излишек сливается че­рез контрольный кран 7. При нормальной работе газовой горелки (рис. 3.4, б) газ, через слой воды и газоотводную трубку 1, подается к газовой горелке. При превышении скорости горения газовой смеси скорости подачи газа (обратный удар), пламя от газовой горелки до­ходит до газоотводящей трубки, и проникает в затвор. Ацетилен, на­ходящийся в затворе воспламеняется и давит на зеркало воды. Часть воды уходит в газоподводящую трубку и перекрывает подачу ацети­лена. Продукты горения ацетилена выбрасываются наружу через в предохранительную трубку и воронку 4. Отбойник 3 необходим для предотвращения выплескивания воды из затвора.

В корпусе водяного затвора закрытого типа (рис. 3.5) размеще­ны газоподводящая трубка 1, диск - отражатель 2 и обратный клапан 6. Через наливной штуцер 4 затвор заполняется водой до уровня кон­трольного крана 5. При нормальной работе (рис. 3.5, а) ацетилен про­ходит по газоподводящей трубе, через обратный клапан, слой воды и через ниппель 3 подается к газовой горелке. При обратном ударе (рис.

3.5, б) воздушная волна давит на воду и перекрывает обратный кла­пан. Проходя через зазор между корпусом диском - отражателем, ударная волна гасится.

Наиболее безопасно использовать ацетилен, поставляемый в баллонах. Ацетилен поставляется в баллонах белого цвета с красной надписью «ацетилен». Ацетиленовые баллоны, для уменьшения взры­воопасности, заполнены пористым наполнителем (пемза или гранули­рованный активированный уголь размером зерна 1.3,5 мм) и ацето­ном. При давлении 1,5 МПа в 1 литре ацетона растворяется до 368 л ацетилена. Максимальное давление в ацетиленовых баллонах - 1,9 МПа. Баллоны окрашены в белый цвет с кранной надписью «Ацети­лен». Ацетиленовые вентили изготавливаются из стали. В ацетилено­вой аппаратуре запрещено применять медь и сплавы, содержащие свыше 70% меди, так как с медью ацетилен может образовывать взрывчатое соединение — ацетиленистую медь.

При отборе ацетилена из ацетиленового баллона водяной затвор не ставят, так как ввиду повышенного давления поступающего в го­релку ацетилена из баллона обратный удар пламени маловероятен.

Кроме того, установленный на баллоне редуктор и заполняющая бал­лон пористая масса являются надежной защитой баллона от обратного удара пламени.

Кислород поставляется в баллонах голубого цвета с черной над­писью «кислород». При давлении 15 МПа, в баллоне помещается 600 л газообразного кислорода.

Так как масла и жиры в атмосфере сжатого кислорода способны самовоспламеняться, то вся кислородная аппаратура не должна кон­тактировать с этими веществами. В противном случае возможен взрыв с воронкой глубиной до пяти метров. Вентили для кислородного бал­лона изготовляют из латуни. Сталь для деталей вентиля, соприкасаю­щихся с кислородом, применять нельзя, так как она сильно коррози­рует в среде сжатого влажного кислорода. При случайном попадании масла на детали вентиля или при воспламенении от трения фибровой прокладки сальника, возможно загорание стальных деталей, так как сталь может гореть в струе сжатого кислорода. Латунь не горит в ки­слороде, поэтому ее применение в кислородных вентилях безопасно

Для уменьшения сетевого или баллонного давления газа и обес­печения постоянного рабочего давления в газовых магистралях при­меняются газовые редукторы.

Одноступенчатый (однокамерный) газовый редуктор показан на рис. 3.6. Запорный клапан 3 редуктора находится под давлением двух сил: давление запорной пружины 1 и давления гибкой мембраны 7. При нормальном рабочем давлении редуцированного газа в камере низкого давления 4 устанавливается равновесие, запорный клапан прижимается к седлу 8 запорной пружины и преграждает доступ газа из камеры высокого давления 6 (из баллона). Гибкая мембрана, за счет регулировочной пружины 6,через нажимной диск 5 и толкач 9 воздей­ствует на запорный клапан и стремится открыть его. Изменяя натяже­ние регулировочной пружины можно менять рабочее давление.

Более точно поддерживают рабочее давление двухступенчатые редукторы. Эти редукторы не нуждаются в частой регулировке давле­ния газа в процессе работы и не замерзают при низких температурах. Но они более сложны по устройству и, соответственно, более дороги.

Корпуса редукторов для различных газов окрашиваются в тот же цвет, что и газовые баллоны.

Г азовые шланги (рукава) необходимы для подвода газов к го­релке. В соответствии с ГОСТ 9356-75 газовые шланги изготавлива­ются из вулканизированной резины армированной тканевым наполни­телем. По всей длине шланга несмываемой краской нанесена цветная сплошная полоса. Цвет полосы соответствует типу шланга. Различают шланги: тип 1 - для ацетилена, пропана и других горючих газов (цвет полосы - красный, рабочее давление - до 6 ати); тип 2 - для жидких горючих (цвет - полосы, рабочее давление - до 6 ати); тип 3 - для ки­слорода (цвет полосы - синий, рабочее давление - до 15 ати). При ра­боте в условиях низких температур (ниже -35оС) применяют рукава из морозоустойчивой резины (некрашеные рукава). Длина шланга долж­на быть не менее 8 м. При длине шланга более 20 м резко возрастают потери давления в шланге.

Горелка для газовой сварки - устройство для газовой сварки с регулируемым смешением газов и созданием направленного газового пламени.

В соответствии с ГОСТ 1077-69 горелки классифицируются: По роду применяемого горючего газа или жидкости: ацетиленовые; для газов - заменителей; водородные; для жидких горючих. По назначе­нию: универсальные (для сварки, резки, пайки, наплавки); специали­зированные (для выполнения одной из операций). По способу подачи горючего газа и кислорода (инжекторного типа и безинжекторные).

По числу пламени (однопламенные и многопламенные). По мощности пламени (микромощные - с расходом ацетилена 5.60 л/час, малой

мощности - с расходом 25. 700 л/час, средней мощности - с расхо­дом 50.2500 л/час, большой мощности - с расходом 2500. 7000 л/час). По способу применения (ручные и машинные).

Для сварки чаще всего используются газосварочные горелки инжекторного типа (рис. 3.7), так как они наиболее безопасны.

Горелка инжекторного типа - горелка для газовой сварки со встроенным инжектором для подсоса горючего газа струей кислоро­да.

Под давлением 0,1.0,4 МПа, кислород поступает в горелку че­рез вентиль 4 и подается в кольцевой инжектор 6. Выходя с большой скоростью из узкого канала инжектора, кислород подсасывает горю­чий газ, поступающий через вентиль 5. В смесительной камере 3 по­лучаем горючую смесь, которая, через мундштук 2, подается к смен­ному наконечнику 1. Поэтому, во избежание взрыва, первым откры­вают кислородный вентиль, а по окончании сварки первым отключа­ют горючий газ.

Рекомендации по применению газосварочных горелок инжек­торного типа приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Толщина свариваемых заготовок из низкоуглеродистых сталей в мм

При нагревании мундштука инжекторной горелки инжекти­рующее действие струи кислорода, вытекающей из сопла инжектора, ухудшается и количество поступающего в горелку ацетилена умень­шается. Вследствие этого состав горючей смеси изменяется и в ней появляется избыток кислорода. Это свойство инжекторных горелок является их существенным недостатком, которого лишены безынжек - торные горелки.

В безынжекторных горелках кислород и ацетилен поступают под одинаковым давлением. Г орелки обеспечивают постоянный со­став горючей смеси. Поэтому горелки большой мощности и много­пламенные горелки, работающие в тяжелых условиях и при высокой температуре мундштука выполняются безынжекторными.

Все горючие газы, содержащие углеводороды, при сгорании об­разуют сварочное пламя, имеющее три отчетливо видимые зоны (рис. 3.8, а). Зона 1 - ядро пламени, зона 2 - восстановительная; зона 3 - факел.

Ядро имеет форму закругленного ярко светящегося конуса. Оно состоит из раскаленных частиц углерода сгорающих в наружной части ядра. Восстановительная зона в основном состоит из окиси углерода, получаемого за счет сгорания ацетилена: C2H2+O2=2CO2+2H2O. Эта зона имеет более темный цвет. Наибольшая температура сварочного пламени находится в этой зоне, на расстоянии 2.4 мм от ядра. Факел имеет удлиненную конусообразную форму. Он состоит из углекисло­го газа и паров воды, получаемых при сгорании окиси углерода и во­дорода, поступающих из восстановительной зоны и из окружающего атмосферного воздуха: 4CO+2H2+3O2=4CO2+2H2O. Внешний вид и температура газового пламени зависит от соотношения объемов аце­тилена и кислорода, в= Vc/VA, где VK - объем подаваемого в горелку кислорода; VA - объем подаваемого в горелку ацетилена. В зависимо­сти от величины в можно получить три вида сварочного пламени: нормальное, окислительное и восстановительное.

Для нормального пламени (в = 1.1,3) характерно отсутствие в восстановительной зоне свободного кислорода и углерода. Окисли­тельное пламя (рис. 3.8, б) получается при избытке кислорода (в =

1,5. 1,7). Ядро окислительного пламени имеет конусообразную фор­му бледной окраски. Все пламя приобретает синевато - фиолетовую окраску и горит с характерным шумом. Температура пламени не­сколько выше, чем у нормального. При сварке сталей окислительным пламенем наблюдается значительное окисление сварного шва, поэто­му пламя применяют для сварки латуни и для пайки твердыми при­поями. Науглероживающее пламя (рис. 3.8, в) получается при избытке ацетилена (в = 0,95). Ядро пламени может иметь несколько зубчиков, теряет резкость очертаний, а на его конце появляется зеленый венчик. Восстановительная зона почти сливается с ядром. При большом из­бытке ацетилена (в > 0.95) пламя начинает коптить. Избыточный уг­лерод легко поглощается расплавленным металлом сварного шва.

Пропан - бутан - кислородное и метан - кислородное пламя дают значительно меньшие температуры, поэтому использование их огра­ничено. Пропан - бутан - кислородное пламя используется для сварки: сталей толщиной до 6 мм; цветных сплавов; кислородной резки, ме­таллизации. Метан - кислородное пламя используется для сварки лег­коплавких металлов и сплавов и пайки.