Газовой сваркой называется сварка плавлением, при которой нагрев кромок соединяемых частей и присадочного материала производится теплотой сгорания горючих газов в кислороде. Классифицируется газовая сварка по виду применяемого горючего газа (ацетилено-кислородная, керосино-кислородная, бензино-кислородная, пропанобутано-кислородная и др.). Широкое применение получили газовые сварки ацетиленокислородная и пропанобутано-кислородная.
Для производства работ сварочные посты должны иметь следующее оборудование и инвентарь (рис. 71):
• ацетиленовый генератор или баллон с горючим газом;
• кислородный баллон;
• редукторы (кислородный и для горючего газа);
• сварочная горелка с набором сменных наконечников;
• шланги для подачи горючего газа и кислорода в горелку;
• сварочный стол;
• приспособления для сборки изделий под сварку;
• комплект инструментов.
Рис. 71. Оборудование поста для газовой сварки: 1 – горелка; 2 – шланг для подвода ацетилена; 3 – шланг для подвода кислорода; 4 – ацетиленовый баллон; 5 – ацетиленовый редуктор; 6 – кислородный редуктор; 7 – кислородный вентиль; 8 – кислородный баллон
Ацетиленовым генератором называется аппарат, предназначенный для получения ацетилена при взаимодействии карбида кальция с водой.
Ацетиленовые генераторы различают по следующим признакам:
1. По давлению получаемого ацетилена – генераторы низкого давления – до 0,02 МПа и среднего давления – 0,01–0,15 МПа.
2. По производительности – генераторы дают 0,3–640 м3/ч ацетилена (чаще применяют генераторы производительностью 1,25 м3/ч).
3. По способу установки – передвижные и стационарные.
4. По принципу взаимодействия карбида кальция с водой – работающие по принципам «карбид в воду» (КВ), «вода в карбид» (ВК), «вытеснение воды» (ВВ), комбинированные (рис. 72).
|
|
Рис. 72. Схемы ацетиленовых генераторов:
а – «карбид в воду»; б – «вода в карбид»; в – «вытеснение»; г, д – комбинированные системы; 1– бункер или барабан с карбидом кальция; 2 – реторта; 3 – система подачи воды; 4 – газосборник; 5 – спуск газа; 6 – отбор газа
Принцип КВ предусматривает периодическую подачу в воду карбида кальция. При этом достигается наибольший выход ацетилена – до 95 %.
Принцип ВК осуществляется периодической подачей порций воды в загрузочное устройство, куда заранее насыпается карбид кальция.
Комбинированный принцип предусматривает периодическое соприкосновение и взаимодействие 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). Этот принцип осуществляется автоматически и широко используется в передвижных генераторах, но по сравнению с другими дает наименьший выход ацетилена.
Принцип ВВ предусматривает разложение карбида кальция при соприкосновении его с водой в зависимости от уровня воды, находящейся в реакционном пространстве и вытесняемой образующимся газом. Все ацетиленовые генераторы, независимо от их системы, имеют следующие основные части: газообразователь, газосборник, предохранительный затвор, автоматическую регулировку вырабатываемого ацетилена в зависимости от его потребления.
Рассмотрим принцип работы однопостового передвижного морозоустойчивого ацетиленового генератора низкого давления типа АНВ–1,25, работающего по принципу «вода на карбид» в сочетании с процессом «вытеснения воды». Производительность этого генератора составляет 1,25 м3/ч, максимальное давление равно 0,01 МПа.
|
|
Цилиндрический корпус генератора разделен горизонтальной перегородкой на две части: водосборник и газосборник. В нижнюю часть газосборника вварена реторта, в которую вставляется загрузочная корзина с карбидом. Реторта плотно закрывается крышкой на резиновой прокладке. Через верхнюю открытую часть корпуса генератор заполняется водой до отметки уровня. При открывании крана вода из корпуса поступает в реторту и взаимодействует с карбидом. Выделяющийся ацетилен собирается под перегородкой в газосборнике и затем через осушитель и водяной затвор 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. Уровень воды в корпусе опускается ниже уровня крана для подачи воды и ее поступление в реторту прекращается, газовыделение замедляется.
По мере расходования ацетилена давление понижается, уровень воды в корпусе повышается и вода снова поступает в реторту. Так автоматически регулируются процесс взаимодействия карбида с водой и выделение ацетилена в зависимости от его расхода.
В зимних условиях при температуре до –25 °C генератор работает нормально, так как его водоподающая система расположена внутри корпуса, где вода нагревается теплотой реакции взаимодействия воды с карбидом кальция. Водяной затвор устанавливается также внутри корпуса в циркуляционной трубе.
|
|
Летом водяной затвор монтируется на корпусе генератора снаружи. Осушитель на зиму заправляется в нижней половине, как обычно, коксом, а в верхней – карбидом. Генераторы типов АНВ–1,25–68 и АНВ–1,25–73 отличаются конструкцией загрузочной корзины и расположением крана подачи воды.
Стационарные ацетиленовые генераторы типа ГРК–10–68 производительностью 10 м3/ч и рабочим давлением 0,07 МПа, а также генераторы АСК–1–67, АСК–3–74 и АСК–4–74 служат для питания ацетиленом нескольких сварочных постов. Каждый пост должен быть обязательно оборудован предохранительным затвором. Ацетилен поставляется к сварочному посту либо по трубопроводу, либо в ацетиленовых баллонах вместимостью 40 л, в которых при максимальном давлении 1,9 МПа содержится около 5,5 м3 ацетилена.
Для обеспечения безопасного хранения и транспортирования 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».
Предохранительными затворами называются устройства, предохраняющие ацетиленовые генераторы и газопроводы от попадания в них взрывной волны при обратных ударах пламени из сварочной горелки или резака.
Обратным ударом называют воспламенение горючей смеси в каналах горелки или резака и распространение пламени по шлангу для подачи горючего газа. При отсутствии предохранительного затвора пламя может попасть в ацетиленовый генератор и вызвать его взрыв. Обратный удар может произойти, если скорость истечения горючей смеси станет меньше ее сгорания, а также от перегрева и засорения мундштука горелки.
Предохранительные затворы бывают жидкостные и сухие. Жидкостные заливают водой, сухие заполняют мелкопористой металло-керамической массой. Затворы классифицируют:
1. По пропускной способности – 0,8; 1,25; 2,0; 3,2 м3/ч.
2. По предельному давлению – низкое давление, когда предельное давление ацетилена не превышает 10 кПа, среднее давление – 70 и высокое давление – 150 кПа. Предохранительные затворы устанавливают между ацетиленовым генератором или ацетиленопроводом при многопостовом питании от стационарных генераторов и горелкой или резаком.
Принцип действия водяного затвора следующий (рис. 73):
• корпус 3 затвора заполняется водой до уровня контрольного крана КК;
• ацетилен поступает по трубке 1, проходит через обратный клапан 2 в нижней части корпуса;
• в верхнюю часть корпуса газ поступает через отражатель 4;
• ацетилен отводится к месту потребления через расходный кран РК. В верхней части корпуса есть трубка, закрытая мембраной 5 из алюминиевой фольги. При обратном ударе мембрана разрывается и взрывная смесь выходит наружу;
• давление взрыва через воду 6 передается на клапан 2, который закрывает подвод газа от генератора. После выхода взрывной смеси мембрану надо заменить.
Рис. 73. Схема водного затвора:
а – при нормальной работе; б – при обратном ударе
Сухие предохранительные затворы (ЗСУ–1) обладают рядом преимуществ: имеют меньшие размеры, массу, практически не требуют ежедневного ухода и контроля, не увлажняют газ и позволяют работать при отрицательных температурах окружающего воздуха. Их можно устанавливать в любом положении. Кислород подается к посту сварки либо от кислородной рампы, либо от кислородного баллона вместимостью 40 л, в котором при максимальном давлении 15,0 МПа содержится 6 м3 кислорода. Баллон окрашен в голубой цвет и имеет черную надпись «Кислород».
Баллон для газов (горючего и кислорода) изготовляют из стальных бесшовных труб. Он представляет собой цилиндрический сосуд с выпуклым днищем и узкой горловиной. Для придания баллону устойчивости в рабочем (вертикальном) положении на его нижнюю часть напрессован башмак с квадратным основанием. Горловина баллона имеет конусное отверстие с резьбой, куда ввертывается запорный вентиль – устройство, позволяющее наполнять баллон газом и регулировать его расход.
Для различных газов принята определенная конструкция 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 сплавы меди, содержащие более 70 % меди, при контакте с ацетиленом образуют взрывоопасную ацетиленовую медь. На горловину баллона плотно насажено кольцо с наружной резьбой для навинчивания предохранительного колпака. Вентиль кислородного баллона используется также для баллонов с азотом, аргоном и углекислым газом. Редукторы служат для понижения давления газа, поступающего из баллона, до рабочего давления газа (подаваемого через шланг в горелку) и для поддержания давления постоянным в процессе сварки. Применяются различные типы редукторов.
Рассмотрим принцип действия однокамерного редуктора. Газ из баллона проходит в камеру высокого давления. При нерабочем положении частей редуктора проход газа из камеры высокого давления в камеру низкого давления закрыт клапаном. При ввертывании регулировочного винта в крышку корпуса пружина-штифт открывает клапан, соединяя камеру высокого давления с камерой низкого давления. Газ поступает до тех пор, пока давление его на мембрану не уравновесит усилие нажимной пружины. В этом положении расход и поступление газа будут равны.
Если расход газа уменьшается, то давление в камере повышается, клапан закроет отверстие и поступление газа в камеру прекратится. При увеличении расхода газа давление в камере понижается, мембрана отжимает клапан от седла, и тем самым увеличивается поступление газа из баллона. Так автоматически поддерживается постоянное давление газа, подаваемого в горелку.
Кислородный баллонный редуктор типа 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. В настоящее время выпускают более совершенные редукторы типа ДКП–2–78 с той же технической характеристикой. Ацетиленовый балонный редуктор типа ДАП–1–65 рассчитан на наибольшее давление на входе 3 МПа. Расход газа при наибольшем рабочем давлении 0,12 МПа составляет 5 м3/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:
1) для подачи ацетилена при рабочем давлении не более 0,6 МПа;
2) для жидкого топлива (бензин, керосин) при рабочем давлении не более 0,6 МПа;
3) для подачи кислорода при рабочем давлении не более 1,5 МПа.
Рукава состоят из внутреннего резинового слоя (камеры), нитяной оплетки и наружного резинового слоя. Наружный слой ацетиленовых рукавов – красного цвета, рукавов для жидкого топлива – желтого, кислородных – синего. Длина шланга при работе от баллона должна быть не менее 8 м, а при работе от генератора – не менее 10 м; наибольшая допустимая длина – 40 м.
Крепление рукавов на ниппелях горелок и между собой осуществляется специальными хомутиками или мягкой отожженной проволокой.
Сварочная горелка предназначена для смешивания горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом и получения устойчивого сварочного пламени требуемой мощности.
Горелки классифицируются (рис. 74):
1. По способу подачи горючего в смесительную камеру – инжекторные и безинжекторные.
2. По назначению – универсальные (для сварки, наплавки, пайки, подогрева и других работ) и специализированные.
3. По роду применяемого горючего.
4. По числу рабочего пламени – однопламенные и многопламенные.
5. По мощности, определяемой расходом ацетилена (л/ч): микромощности (5–60), малой (25–700), средней (50–2500) и большой мощности (2500–7000).
6. По способу применения – ручные и машинные.
Рис. 74. Схемы ацетиленовых горелок:
а – инжекторная; б – безынжекторная; 1 – ствол; 2 – инжектор; 3 – смесительная камера; 4 – мундштук; 5, 6, 7 – вентили; 8 – подводящие трубки
Большое распространение получили ацетиленокислородные инжекторные горелки. Они работают по принципу подсоса горючего газа, давление которого может быть ниже 0,01 МПа, т. е. ниже минимальных давлений, установленных для подвижных ацетиленовых генераторов.
Давление кислорода должно быть в пределах 0,15–0,5 МПа. Безынжекторные горелки работают на горючем газе и кислороде, поступающих в смесительную камеру под одинаковым давлением в пределах 0,01–0,1 МПа, т. е. требуют питания горючим среднего давления. Для нормальной работы такой горелки в систему питания включают регулятор, обеспечивающий равенство рабочих давлений кислорода и горючего газа.
Принцип действия ацетиленокислородной инжекторной горелки следующий. По шлангу и трубке к вентилю и через него в инжектор поступает кислород. Вытекая с большой скоростью из инжектора в смесительную камеру, струя кислорода создает разрежение, вызывающее подсос ацетилена. Ацетилен поступает по шлангу к соединительному ниппелю, а затем через корпус горелки и вентиль в смесительную камеру, где образует с кислородом горючую смесь. Полученная смесь по трубке наконечника поступает в мундштук и, выходя в атмосферу, при сгорании образует сварочное пламя.
Горелка состоит из ствола и комплекта сменных наконечников, присоединяемых к стволу накидной гайкой. Каждый наконечник обеспечивает соответствующую мощность пламени. Предусмотрены четыре типа горелок.
Горелки Г1 микромощности – для сварки металлов толщиной 0,1–0,5 мм.
Горелки Г2 малой мощности применяют для сварки тонкостенных изделий (0,2–7 мм) и комплектуются наконечниками №№ 0–4.
Горелки Г3 средней мощности служат для сварки металла толщиной 0,5–30 мм. В комплект горелки входят ствол и семь наконечников №№ 0–7.
Горелки Г4 большой мощности предназначены для сварочных работ и огневой обработки изделий больших толщин (наконечники № 8 и № 9).
Для использования заменителей ацетилена применяется горелка марки ГС–4А–67П, представляющая собой горелку ГС–4 с сетчатым наконечником. Сетчатые наконечники позволяют использовать в качестве горючего пропан-бутановые смеси, природный газ и другие заменители ацетилена. Кроме того, применяются пропан-бутановые горелки ГЗУ–2–62–1, односопловые наконечники которых имеют подогреватели и подогревающие камеры, и горелки марки ГЗУ–2–62–П, имеющие сетчатые наконечники без подогревающих устройств. Наконечники этих горелок крепятся на стволе горелок ГС–3.
Для малой мощности используют горелки марки ГЗМ–2–62М с односопловым наконечником меньших размеров и подогревающим устройством. Наконечники крепятся на стволе горелок ГС–2.