Основы сварочного дела

Способы резки неплавящимся электродом

Применяются следующие виды ду­говой резки неплавящимся электро­дом: разделительная резка неплавя­щимся электродом, воздушно-дуговая резка и плазменно-дуговая резка.

Разделительная резка производит­ся неплавящимся электродом: уголь­ным, графитовым или вольфрамовым. Угольные и графитовые электроды диаметром 12...25 мм позволяют разрезать металл толщиной до 100 мм.

Резку производят постоянным током прямой полярности. Ток в зависимости от диаметра электрода составляет

40.. .1000 А. Угольные электроды в процессе резки науглероживают кромки разреза и этим затрудняют последующую механическую обработ­ку. Графитовые электроды дают более чистый разрез, дольше сохраняются и допускают большие плотности тока.

Воздушно-дуговая резка исполь­зуется как для разделительной, так и для поверхностной резки. При этом способе между неплавящимся - элект­родом и разрезаемым металлом воз­буждают дугу. Теплотой дуги расплав­ляют металл участка резания, а струей сжатого воздуха непрерывно удаляют его из полости реза.

Для воздушно-дуговой резки низ­коуглеродистой и нержавеющей стали толщиной до 20 мм ВНИИавтоген - маш сконструировал универсальный резак РВД-4А-66 (рис. 78: I — элект­род, 2 — головка, 3 — нажимной ры­чаг, 4 — корпус, 5 — кабель-шланг). Он имеет сменные угольные электро­ды диаметром 6... 12 мм. Ток достигает 400 А, а при кратковременном форси­рованном режиме — 500 А. Давление воздуха составляет 0,4...0,6 МПа. Расход воздуха при давлении 0,5 МПа не превышает 20 м3/ч. Масса реза­ка — 1 кг. Процесс резки протекает

устойчиво при питании резака по­стоянным током обратной полярности. При постоянном токе прямой полярно­сти и при переменном токе процесс идет неустойчиво, производительность низкая при плохом качестве поверх­ности реза. Производительность резки зависит от тока. При токе 2.00 А за 1 ч работы можно удалить до 7 кг низкоуглеродистой стали, при токе 300 А — до 10 кг, а при 500 А — около 20 кг. Кроме того, с повышением тока снижается удельный расход электроэнергии с 3 кВт-ч/кг при токе 300 А до 2 кВт-ч/кг при 500 А.

Плазменно-дуговая резка является прогрессивным высокопроизводитель­ным способом резки металлов. Она осуществляется глубоким проплавле­нием металла сжатой дугой в зоне резания и удалением частиц расплав­ленного металла газовым потоком. На рис. 79 представлена схема про­цесса. Дуга возбуждается и горит между вольфрамовым электродом 1 и разрезаемым металлом 5. Ток посто­янный прямой полярности. Электрод находится внутри охлаждаемого мед­ного мундштука 2. В канал мундштука под давлением подается плазмообра­зующий газ, струя которого сжимает столб дуги 3. Под действием дуги газ разогревается до высокой темпе­ратуры, более 10 000°С, образуя плаз­му. Струя плазмы 6, имея высокую температуру и большую скорость истечения, проплавляет металл по линии реза 4 и выдувает расплавлен­ный металл из полости реза.

Плазменно-дуговую резку можно применять для резки легированных и углеродистых сталей, чугуна, цвет­ных металлов и их сплавов. Наиболее рационально и экономично применение ее при резке высоколегированных сталей, цветных металлов и их спла­вов. Электроды изготовляют из ланта - нированного вольфрама ВЛ-15 или торированного вольфрама ВТ-15.

Плазмообразующими газами слу­жат чистый аргон высшего сорта, тех­нический азот 1-го сорта, смесь аргона с техническим водородом, воздух.

Источниками питания дуги явля­ются однопостовые сварочные преоб­разователи ПСО-500 и выпрямители ВКС-500. Для обеспечения повышен­ного напряжения холостого хода ис­пользуют последовательное включение

2.. .3 преобразователей на одну дугу. Применяют также специальные ис­точники питания плазменной дуги ИПГ-500-1 и выпрямители ВДГ-502.

Толщина разрезаемого металла в значительной степени зависит от на­пряжения. Например, при рабочем напряжении 75 В максимальная толщина резки алюминия достигает 25 мм, а при напряжении 250 В — 300 мм. Ток составляет 150...800 А.

Для ручной плазменно-дуговой резки используют плазморез РДМ-2- 66-А, работающий на смеси аргона, водорода и азота и позволяющий резать металлы толщиной до 80 мм при максимальном токе до 450 А. ВНИИавтогенмаш разработал уни­версальную аппаратуру «Плазморез», состоящую из двух комплектов: КДП-1 и КДП-2. Комплект КДП-1 с резаком РДП-1 предназначен для резки алюминия толщиной до 80 мм, нержавеющей стали — до 60 мм и меди — до 40 мм. В качестве газа используются аргон, азот и водород. Комплект КДП-2 допускает резку алюминия толщиной до 50 мм, стали — до 40 мм и меди — до 20 мм. Резак этого комплекта РДП-2 имеет воздушное охлаждение и поэтому мо­жет быть использован при любых температурах окружающей среды. Источником питания дуги для всех комплектов служат 2...3 последова­тельно соединенных однопостовых источника питания постоянного тока.

Большое применение получили ус­тановки, в которых плазмообразую­щим газом служит воздух. К ним относится установка УПР-201, пред­назначенная для ручной плазменной резки металлов толщиной до 40 мм при температуре окружающей среды от +40 до —40°С. Установка состоит из источника питания, аппара­туры управления процессом резки и плазмотрона. Максимальный рабочий ток — 250 А. Давление воздуха — 0,5...0,8 МПа. Расход воздуха — 70... 100 м3/ч.

Для машинной резки применяют установки АПР-402, УВПР «Киев», ОПР-6 и др. Установка АПР-402 может производить резку черных и цветных металлов и их сплавов тол­щиной до 160 мм. Она предназначена для комплектования стационарных машин термической резки и обеспечи­вает раскрой листового материала, резку труб и круглого проката. Ра­бочий ток устанавливается в пределах

100.. .450 А. Напряжение холостого хода — 300 В, рабочее напряжение на дуге —250 В. Плазмообразую­щий газ — воздух. Максимальное давление воздуха — 0,4 МПа. Замена дорогостоящих газовых смесей обыч­ным воздухом экономически выгодна, значительно упрощает конструкцию установки и повышает производитель­ность труда в 3...5 раз.

Для газоэлектрической сварки и плазменной резки легированных ста­лей, цветных металлов и их сплавов в строительно-монтажных условиях используют монтажный передвижной пост КПМ-1, смонтированный на одноосном автоприцепе ГАПЗ - 755А. Оборудование состоит из сва­рочного выпрямителя ВКС-500-1, ком­прессора, двух балластных реостатов РБ-300-1, горелки ГДС-150, резака РДП-2, баллонов с аргоном и азотом. Вентиляция на режиме резки — при­нудительная. Все оборудование поста защищено от атмосферных осадков металлическим кожухом. Пост выпол­няет сварку металла толщиной до

2,5 мм и резку меди (толщиной до 20 мм), стали (до 40 мм) и алюминия (до 50 мм). Масса перед­вижного поста — 1500 кг.

§ 30. Оборудование газосварочных постов

Газовой сваркой называется сварка плавлением, при которой нагрев кромок соединяемых частей и присадочного материала производится теплотой сго­рания горючих газов в кислороде.

Газовая сварка классифицируется по виду применяемого горючего газа (ацетилено-кислородная, водородно­кислородная, керосино-кислородная, бензино-кислородная, пропан-бутано­кислородная и др.). Большое при­менение получила газовая сварка аце - тилено-кислородная и пропан-бутано - кислородная.

Для производства работ по газовой сварке сварочные посты должны иметь следующее оборудование и инвентарь: ацетиленовый генератор или баллон с горючим газом; кислородный баллон; редукторы (кислородный и для го­рючего газа); сварочную горелку с набором сменных наконечников; шланги для подачи горючего газа и кислорода в горелку; сварочный стол; приспособления, необходимые для сборки изделий под сварку; комплект инструментов; очки с защит­ными стеклами; спецодежду для свар­щика.

Ацетиленовый генератор предназ­начен для получения ацетилена при взаимодействии карбида кальция с водой. Ацетиленовые генераторы (ГОСТ 5190—78) различаются по следующим признакам: по давлению получаемого ацетилена — генераторы низкого давления — до 0,02 МПа и среднего — свыше 0,02 до 0,15 МПа; по способу установки — передвижные

и стационарные; по производитель­ности: передвижные— 1,25 м3/ч и 3,0 м3/ч, стационарные — 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 и 640 м3/ч. На заводах и строительных площадках чаще при­меняют генераторы производительно­стью 1,25 м3/ч; по способу взаимодей­ствия карбида кальция с водой уста­новлено три типа: КВ, ВК и К

(«карбид в воду», «вода на карбид» и контактный).

На рис. 80 представлены принци­пиальные схемы генераторов этих типов (/ — карбид кальция, 2 — от­бор газа, 3 — газосборник, 4 — пода­ча воды, 5 — реторта).

В генераторе типа КВ (рис. 80, а) предусматривается периодическая (порциями) подача в воду карбида кальция. При этом достигается наибольший выход ацетилена (до 95%). В генераторе типа ВК (рис. 80, б) осуществляется периодическая по­дача порций воды в загрузочное устройство, куда заранее насыпается карбид кальция. В генераторе типа К (рис. 80, в) предусматривается периодическое соприкосновение и вза: имодействие карбида кальция с водой. Применяют два варианта: «вытесне­ние воды» (для разобщения воды и карбида кальция) и «погружение карбида» (для получения контакта воды с карбидом кальция). Получение ацетилена по контактному принципу осуществляется автоматически и ши­роко используется в передвижных ге­нераторах, но по сравнению с генера­торами других типов генератор типа К дает наименьший выход ацетилена.

На рис. 81 представлены прин­ципиальная схема (а) и внешний вид
(б) однопостового передвижного мо­розоустойчивого ацетиленового гене­ратора низкого давления АНВ-1,25. Генератор работает по принципу «вода на карбид» в сочетании с процес­сом «вытеснения воды». Произво­дительность генератора составляет

1,25 м3/ч, максимальное давление рав­но 0,01 МПа.

Корпус генератора 7 разделен горизонтальной перегородкой 8 на две части: водосборник 6 и газосбор - ник 9. В нижнюю часть газосборника вварена реторта 14, в которую встав­ляют загрузочную корзину 13 с карби­дом. Реторту плотно закрывают крыш­кой 12 на резиновой прокладке. Через верхнюю открытую часть корпу­са генератор заполняют водой до от­метки уровня. При открывании крана

10 вода из корпуса поступает в ре­торту и взаимодействует с карбидом. Выделяющийся ацетилен по трубке

11 собирается под перегородкой в газосборнике и затем через осушитель 5 и предохранительный (водяной) зат­вор 3 по шлангу 2 поступает в сварочную горелку или резак. При установившемся режиме давление ацетилена сохраняется почти постоян­ным. При уменьшении расхода газа давление в газосборнике повышается и часть воды вытесняется из реторты в конусообразный сосуд — вытесни­тель 4. Уровень воды в корпусе опус­кается ниже уровня крана 10, поступление воды в реторту прекра­щается, газовыделение замедляется. По мере расходования ацетилена давление понижается, уровень воды в корпусе повышается до крана 10 и вода снова поступает в реторту. Таким образом автомати­чески регулируется процесс взаимо­действия карбида с водой и выделение ацетилена в зависимости от его рас­хода.

В зимних условиях при температу­ре до —25° С генератор работает нормально не замерзая, так как его водоподающая система расположена внутри корпуса, где вода нагревает­ся теплотой реакции взаимодействия воды с карбидом кальция. Водяной затвор устанавливают также внутри корпуса в циркуляционной трубе /. Летом водяной затвор монтируют на корпусе генератора снаружи. Нижнюю половину осушителя на зиму заправ­ляют как обычно коксом, а верхнюю — карбидом. Генераторы АНВ-1,25-68 и АНВ-1,25-73 отличаются конструкцией загрузочной корзины и расположе­нием крана подачи воды в реторту.

ВНИИавтогенмаш разработал конструкции ацетиленовых генерато­ров среднего давления. На рис. 82 представлены внешний вид (а) и схема (б) передвижного однопостового гене­ратора ACM-1,25-3, работающего по схеме процесса «вытеснения воды». Производительность генератора —

1,25 м3/ч, максимальное давление — 0,15 МПа. Корпус генератора / внутренней перегородкой 13 разделен на две полости: верхнюю— газообра - зователь 5 и нижнюю — промыватель 2. К газообразователю приварено вер­хнее днище 7 с горловиной для ввода в шахту 6 корзины 8 с карбидом. Корзина закрепляется крышкой 9, ко - 'торая прижимается к горловине вин­том 10 через рычаг 11. Генератор

заправляют водой через шахту. После опускания корзины с карбидом в шах­ту и плотного закрепления крышки карбид кальция начинает взаимодей­ствовать с водой и выделяющийся при этом ацетилен поступает по трубе 12 в промыватель. Проходя через воду промывателя, ацетилен охлаж­дается и через клапан 4 по шлангу 3 поступает в водяной затвор 14 и затем в сварочную горелку или ре­зак. Генератор имеет манометр для измерения давления и ручки для пере­мещения. Разовая загрузка кар­бида — 2,2 кг. Масса незаправленного генератора— 16 кг. Генератор может работать в зимних условиях на открытом воздухе при температуре до —25° С. Для этого он имеет утеплительный чехол. На основе гене­ратора ACM-1,25 разработан перед­вижной ацетиленовый генератор АСВ - 1,25, который отличается конструк­цией загрузочного устройства, позво­лившей увеличить разовую загрузку карбида до 3 кг.

Предохранительные затворы (во­дяные и сухие) служат для защиты ацетиленового генератора от взрывной волны газокислородного пламени (об­ратного удара).

Водяной затвор ЗСГ-1,25-3 средне­го давления (рис. 83) устанавливают на генераторе ACM-1,25-3. Затвор зап­равляют водой до контрольного крана /. В нижней части затвора располо­жены сливная пробка 2, входной нип­пель 4, клапан 3. При нормальной работе сварочного поста ацетилен из генератора поступает под клапан, поднимает его и, пройдя через воду, заполняет верхнюю полость затвора, а затем через ниппель 5 по шлангу поступает в сварочную горелку. При обратном ударе давлением воды клапан закрывается, не допуская про­никновения пламени в генератор.

Для газов — заменителей ацети­лена — применяют сухие предохрани­тельные затворы, в которых пламя обратного удара гасится пористой металлокерамической массой.

Для питания ацетиленом несколь­ких сварочных постов применяют ста­ционарный генератор ГРК-Ю-68 про­изводительностью 10 м3 и рабочим давлением 0,07 МПа или генератор АСК-1-67. При этом каждый свароч­ный пост должен быть обязательно оборудован предохранительным зат­вором.

Ацетилен поставляется к свароч­ному посту в ацетиленовых баллонах вместимостью 40 л, в которых при максимальном давлении 1,9 МПа со­держится ~5,5 м3 ацетилена. Для обеспечения безопасного хранения и транспортировки ацетилена баллон заполняют пористым активированным углем, а для увеличения количества ацетилена в баллоне активированную пористую массу пропитывают раство­рителем — ацетоном (один объем аце­тона растворяет 23 объема ацетиле­на). Баллон окрашен в белый цвет и на нем сделана надпись «Ацетилен» красными буквами.

Кислород подается к посту сварки либо от кислородной рампы, либо от кислородного баллона вмести­мостью 40 л, в котором при максималь­ном давлении 15,15 МПа содержится 6 м3 кислорода. Баллон окрашен в голубой цвет и имеет надпись «Кислород» черными буквами.

Баллрны (рис. 84) для газов (го­рючего и кислорода) изготовляют по ГОСТ 949—73 из стальных бесшовных труб. Они представляют собой ци­линдрический сосуд 3 с выпуклым днищем 1 и узкой горловиной. Для придания баллону устойчивости в ра­бочем (вертикальном) положении на его нижнюю часть напрессован баш­мак 2 с квадратным основанием. Горловина баллона имеет конусное от­верстие 4 с резьбой, куда ввертывает­ся запорный вентиль 5 — устройство, позволяющее наполнять баллон газом и регулировать его расход.

Для различных газов принята определенная конструкция запорного вентиля. Различная резьба хвостовика исключает возможность установки на баллон не соответствующего ему вен­тиля. Вентиль кислородного баллона изготовляют из латуни, так как она обладает высокой коррозионной стой­костью, в среде кислорода. Вентиль ацетиленового баллона изготовляют

из стали, так как латунь, содержа­щая более 70% меди, при контакте с ацетиленом образует взрывоопас­ную ацетиленовую медь. На горло­вину баллона плотно насажено кольцо 7 с наружной резьбой для навинчива­ния предохранительного колпака 6. Вентиль кислородного баллона ис­пользуется также для баллонов с азо­том, аргоном и углекислым газом.

Редукторы служат для понижения давления газа, поступающего из бал­лона, до рабочего и для поддержания этого давления постоянным в процессе сварки. В практике применяют раз­личные типы редукторов. На рис. 85 представлена схема однокамерного редуктора. Газ из баллона через шту­цер проходит в камеру высокого дав­ления / корпуса 10. В нерабочем положении редуктора (рис. 85, а) проход газа из камеры высокого давления 1 в камеру низкого давления 4 закрыт клапаном 2, прижатым к седлу 3. При ввертывании регули­ровочного винта 9 в крышку 7 корпуса (рис. 85, б) нажимная пружина 8 сжимается и перемещает ваерх резиновую мембрану 6 вместе с передаточным штифтом 5. Штифт

открывает клапан 2, соединяя тем са­мым камеру высокого давления с ка­мерой низкого давления. Газ посту­пает в камеру 4 до тех пор, пока давление его на мембрану не урав­новесит силу нажимной пружины. В этом положении расход и поступление газа будут равны. Если расход газа уменьшается, то давление в камере 4 повышается^ Давление газа отожмет мембрану вниз и сожмет нажимную пружину 8. Клапан 2 закроет от­верстие седла, и поступление газа в камеру 4 прекратится. При увели­чении расхода газа давление в камере 4 понижается, мембрана отжимает клапан от седла и тем самым увеличивается поступление газа из баллона. Таким образом автоматичес­ки поддерживается постоянное давле­ние газа, подаваемого в горелку.

Кислородный баллонный редуктор ДКП-1-65 предназначен для питания газом одного поста. Наибольшее до­пустимое давление газа на входе в редуктор — 20 МПа, наименьшее — 3 МПа. Рабочее давление — 0,1... 1,5 МПа. При наибольшем рабочем дав­лении расход газа составляет 60 м3/ч, а при наименьшем — 7,5 м3/ч. Редуктор окрашен в голубой цвет и крепится к баллону с помощью накидной гайки. Более совершенны ре­дукторы ДКП-2-78 с той же техни­

ческой характеристикой. Ацетилено­вый баллонный редуктор ДАП-1-65 рассчитан на наибольшее давление на входе 3 МПа. Расход газа при наибольшем рабочем давлении 0,12 МПа составляет 5 м*/ч, а при

наименьшем рабочем давлении 0,01 МПа — 3 м3/ч. Редуктор окрашен в белый цвет и крепится на баллоне с помощью хомутика.

Шланги (рукава) для кислорода и ацетилена стандартизованы. Предус­мотрено три типа шлангов: для подачи ацетилена при рабочем давлении не более 0,6 МПа; для жидкого

топлива (бензин, керосин) при

рабочем давлении не более 0,6

МПа; для подачи кислорода при рабо­чем давлении не более 1,5 МПа. Рукава состоят из внутреннего рези­нового слоя (камеры), нитяной оплет­ки и наружного резинового слоя. Применяют шланги следующих раз­меров:

Внутренний диаметр, мм 6 9 12 16

Наружный ди­аметр, мм 12 18 22,5 26

Наружный слой ацетиленовых ру­кавов красного цвета, рукавов для жидкого топлива — желтого, кисло­родных — синего цвета. Длина шлан­га при работе от баллона должна

быть не менее 8 м, а при работе от генератора — не менее 10 м.