Аттестационная работа: Виды газопламенной обработки металла

ГБОУ НПО РБ

Белебеевский ПЛ№89

Письменная экзаменационная работа

на тему: «Виды газопламенной обработки металла»

Разработал: Учащийся 21 группы ГЭС

Галиакбаров Ришат

Руководитель: Миниахметов У.Т.

Преподаватель высшей квалификационной категории

Белебей 2014-2015

Содержание

1. Газопламенная обработка

2. Основы газопламенной сварки

3. Сварочное пламя

4. Материалы для газопламенной сварки

5. Виды газопламенной обработки металлов

Выводы: Газопламенная обработка металлов

Литература

1. Газопламенная обработка

Газопламенная обработка - это совокупность технологических процессов тепловой обработки металлов пламенем горючих газов сварочных горелок: газовая сварка, газопрессовая сварка, наплавка стали, твёрдых сплавов и различных цветных металлов; пайка (особенно медными и серебряными припоями); кислородная резка стали, флюсокислородная резка; кислородная строжка (снятие поверхностного слоя стали и прокатной окалины); кислородная вырубка дефектов стальных слитков; обдирка слитков по всей боковой поверхности с удалением дефектов наружного слоя металла (прокатной окалины, ржавчины, старой краски и др. загрязнений); термообработка металла (закалка, отжиг и др.); напыление порошкообразных материалов на поверхность металла с получением покрытий из металлических и неметаллических материалов - керамики и пластмасс; металлизация, т. е. напыление высокоскоростной газовой струей капель жидкого расплавленного металла. Газопламенная обработка преимущественно ведется с применением кислорода и горючих газов (ацетилена и его заменителей). Иногда используются смеси кислорода и паров горючих жидкостей (керосина или бензина). Согласно ГОСТ 12.3.036-84 от 10 июля 2008 года, производственные помещения, в которых выполняется газопламенная обработка металлов, должны соответствовать строительным нормам и правилам на здания промышленных предприятий (категория производства Г).[3] Работы по газовой резке, сварке и другим видам газопламенной обработки металлов, а также применение открытого огня от других источников допускаются на расстоянии не менее:

v 10 м - от групповых газобаллонных установок;

v 5 м - от отдельных баллонов с пропан-бутаном;

v 3 м - от газопроводов и резинотканевых рукавов сжиженных углеводородных газов, а также от газоразборных постов при ручных газопламенных работах;

v 1,5 м - от автоматических и полуавтоматических линий.

2. Основы газопламенной сварки

Газопламенной сваркой металлов называют процесс, при котором плавление основного и присадочного материалов происходит в пламени открытой горелки. Поддержание пламени горелки осуществляют подачей одного или нескольких горючих газов или жидкостей в смеси с кислородом. И хотя газопламенная сварка не позволяет достичь той же скорости и простоты, как дуговая сварка, многие отдают ей предпочтение из-за больше мобильности и универсальности. При газовой сварке происходит сплавление двух заготовок с образованием сварного шва, который после остывания имеет такую же прочность, как исходный металл. Металл, соприкасаясь с пламенем и окружающими воздухом, подвергается структурным изменениям, характер которых зависит от свойств самого металла и режимов газопламенной обработки. При газопламенной обработке происходит изменение структуры металла, содержания в нем примесей и легирующих добавок, обогащение кислородом и другими газами, что, в свою очередь, может вызывать окислительные процессы. В результате плавления металла под воздействием пламени образуется жидкая сварочная ванна, внутри которой происходят сложные физические и химические процессы. Одним из таких процессов является образование оксида железа (FeO), который реагирует с примесями, содержащимися в металле и в первую очередь с кремнием и марганцем. При этом вредные примеси, содержащиеся в сварочной ванне, частично выводятся в сварочный шлак, а частично испаряются в атмосферу в виде газов. Для защиты сварочной ванны от атмосферного воздействия применяют те же методы, что и при дуговой сварке в первую очередь флюсы. Расплавленные флюсы вместе с вредными примесями образуют на поверхности сварочной ванны пленку, которая предохраняет жидкий металл от контакта с атмосферным воздухом и газами, содержащимися в пламени горелки, а остывая, превращается в корку шлака. Газопламенная обработка металла, выполняемая при газовой сварке, способствует повышению температуры основного и присадочного материалов, достаточной для плавления металлов в пределах границ раздела со сварочной ванной. В результате этого в сварочной ванне присутствуют два вида металлов (основной и присадочный), которые перемешиваются между собой, а под действием флюсов и газов, содержащихся в пламени и атмосферном воздухе, взаимодействуют с ними, изменяя свои свойства и состав. По мере удаления от эпицентра пламени температура металла снижается и возникают процессы кристаллизации, образуя сварочный шов. При этом структура металла шва имеет вытянутые укрупненные и направленные к центру кристаллы. Рассмотрим же более подробно процессы, происходящие в зоне действия открытого пламени горелки.

3. Сварочное пламя

Сварочное пламя образуется в результате сгорания горючих газов или паров горючих жидкостей в смеси с техническим кислородом. При этом пламя имеет сложную структуру и строение, которое показано на рис.1. Качество газовой сварки во многом зависит от правильности регулировки пламени, которое сварщик выставляет «на глаз» по форме и цвету. Поэтому очень важно знать строение и структуру пламени газовой горелки, чтобы учитывать это в повседневной работе. Форму, цвет и структуру пламени горелки меняют соотношением ацетилена и кислорода, подаваемых в зону горения. В качестве примера рассмотрим ацетилено-кислородное пламя.

Ядро пламени имеет форму цилиндра с заостренным концом, вокруг которого расположена ярко светящаяся оболочка. Длина ядра пламени регулируется скоростью подачи газовой смеси и ее качественным составом. Диаметр ядра зависит от размеров мундштука и расхода горючей смеси.

Строение пламени меняется при изменении соотношения смеси и может быть: нормальным, науглероженным и окислительным (рис.).

Нормальное пламя получается, когда на один объем горючего газа подается один объем кислорода. Если в качестве горючего газа принят ацетилен, то процесс его нормального сгорания можно записать в следующем виде:

С2Н2 -Ю2 = 2СО+ Н2.

Рис. 1 Составляющие ацетилено-кислородного пламени: 1 -- ядро; 2 -- восстановительная зона; 3 -- факел пламени

Рис. 2 Разновидности ацетилено-кислородного пламени: А -- нормальное; Б -- науглераживающее; В -- окислительное

При этом продукты неполного сгорания догорают за счет кислорода, присутствующего в атмосферном воздухе, по следующей реакции: 2СО +Н, + 1,50., = 2С02 + Н70. Так как абсолютно чистых веществ в природе не бывает и кислород содержит в себе некоторое количество примесей, то нормальное пламя получается при некотором его повышенном значении, то есть при соотношении ацетилена и кислорода, равном 1,1 -1,2. Ядро нормального пламени светлое со слегка затемненной восстановительной зоной и факелом. По форме ядро пламени напоминает цилиндр с четкими очертаниями и закругленным концом. Диаметр цилиндра зависит от размера мундштука сварочной горелки, а длина - определяется скоростью истечения газовой смеси. Вокруг ядра пламени размещается светлая оболочка, в которой происходит сгорание раскаленных частиц углерода. При высокой скорости подачи газа пламя способствует сгоранию металла и выдуванию его из сварочной ванны. Малая скорость подачи газов чревата обратными ударами и хлопками. Восстановительная зона пламени имеет более темный цвет и располагается в пространстве в пределах 20 мм от конца ядра. Температура пламени в этой зоне может достигать 3150°С (при сгорании ацетилена). Размер восстановительной зоны зависит от номера сварочного мундштука. При помощи этой зоны пламени нагревают метал, плавят его и ведут сварку. Остальная часть пламени, расположенная за восстановительной зоной, состоящая из углекислого газа, паров воды и азота, имеет значительно меньшую температуру. Науглероженное пламя получается, когда соотношение ацетилена и кислорода превышает указанное соотношение, то есть становится больше значения 1,1. Теоретически науглероженное пламя получается, когда в горелку подается 0,95 объема кислорода и менее. В этом случае ядро пламени увеличивается в объеме и теряет свои очертания. Недостаток кислорода в таком пламени приводит к неполному его сгоранию, и оно начинает коптить. Избыток ацетилена в науглероженном пламени приводит к его разложению на углерод и водород. Углерод из пламени переходит в металл, науглераживая его. Обычно науглероженное пламя применяют для сварки алюминия и наплавке твердых сплавов. Восстановительная зона науглероженного пламени светлая и практически сливается с ядром. Температура такого пламени ниже, поэтому работать с ним более тяжело. Для перевода пламени в нормальное состояние увеличивают подачу кислорода или снижают подачу ацетилена. Окислительное пламя получается при недостатке ацетилена, то есть соотношение ацетилен: кислород становится меньше 1,1. Практически окислительное пламя получается при объеме кислорода, превышающем в 1,3 объем ацетилена. Ядро такого пламени укорачивается и заостряется, а его края становятся расплывчатыми, цвет бледнеет. Температура такого пламени выше температуры нормального. Избыточный кислород окисляет железо и примеси, находящиеся в стали, что в конечном итоге приводит к хрупкости сварочного шва, пористости его структуры, обедненной марганцем и кремнием. Поэтому при сварке сталей окислительным пламенем пользуются присадочной проволокой с повышенным содержанием этих элементов, являющихся раскислителями. Самая высокая температура нормального пламени достигается в восстановительной зоне. Примерный химический состав нормального ацетилено-кислородного пламени приведен в таблице 1. Нужно отметить, что ацетилено-кислородная смесь дает самую высокую температуру пламени. Изменение горючих газов несколько снижает температуру пламени и распределение ее по объему.

Таблица 1 Химический состав нормального ацетилено-кислородного пламени

Металлургические процессы в сварочной ванне при ее газопламенной обработке, а также в прилегающей к ней зоне имеют довольно сложный характер и несколько отличаются от металлургических процессов, происходящих при дуговой сварке. Это обусловлено тем, что расплавленный металл при его газопламенной обработке взаимодействует с газами, поддерживающими процесс горения. В зависимости от характера пламени, который меняет соотношение газов, изменяются и металлургические процессы. При сварке нормальным пламенем, когда количество поступающих в зону сварки газов регламентировано, происходят в основном восстановительные реакции:

FeO + СО = Fe + СО2, и FeO + Н2 = Fe + Н2О

Кроме восстановительных реакций оксидов железа аналогичные процессы происходят и с другими оксидами, находящимися в сварочной ванне. газопламенный сварка горелка металл

При сварке окислительным пламенем происходят реакции окисления железа и других элементов, присутствующих в сварочной ванне, а образующиеся при этом оксиды железа могут окислять углерод, кремний и марганец. Сварка науглероженным пламенем способствует насыщению металла углеродом, что влечет за собой увеличение прочностных характеристик сварочного шва со снижением его пластических свойств.

4. Материалы для газопламенной сварки

Кислород

Пламя, обладающее высокой температурой, необходимое для газопламенной сварки, образуется при сгорании горючих газов или паров в смеси с техническим кислородом. При нормальных условиях кислород представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса. Но при низких температурах газообразный кислород может перейти в жидкое состояние и даже превратиться в твердое вещество. Сам кислород не токсичен, не горит, но активно поддерживает горение других веществ, при котором выделяется большое количество тепла. Соединения кислорода с горючими веществами в большой концентрации может привести к воспламенению и даже взрыву при наличии открытого огня или искры, а в сжатом состоянии при контакте с парами масел, жиров и других горючих веществ -- к самовоспламенению. Получают технический кислород из атмосферного воздуха или электролизом воды.

Хранение и транспортировка жидкого кислорода производится в специальных транспортных резервуарах, имеющих хорошую тепловую изоляцию. К потребителю кислород поступает в баллонах под давлением, создаваемым при помощи компрессоров. Согласно ГОСТ 949-73 давление кислорода в баллонах должно быть 15±0,5 МПа или 20±0,1 МПа. При температуре от -50 до +30°С Хранение и транспортировка баллонов с жидким кислородом при температурах выше +60°С недопустимо.

Ацетилен

Ацетилен (С2Н2) - химическое соединение углерода и водорода, в нормальном состоянии представляющее собой бесцветный горючий газ с резким запахом. Ацетилен легче воздуха и при температуре 20°С один его мі имеет массу 1,09 кг. Низкая температура ацетилена (240 - 630°С) делает этот газ взрывоопасным в соединении с кислородом. Так, при атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом становится взрывоопасной при содержании ацетилена 2,2%. Ацетилен токсичен и при вдыхании его вызывает головокружение, тошноту и даже отравление.

Сгорание ацетилена в смеси с техническим кислородом сопровождается высокой температурой, достигающей 3200°С.

Технический ацетилен получают двумя способами:

- Из карбида кальция действием на него водой в специальных ацетиленовых генераторах.

- Из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти и торфосланцах.

В сварочных работах, выполняемых на строительных площадках, в условиях мелких мастерских и т.д. большее распространение получил первый способ. Однако в промышленном производстве все большее распространение получает второй способ, как более прогрессивный и рентабельный. Газообразный ацетилен может растворяться в таких жидкостях, как вода, бензол, бензин, но чаще всего его растворяют в ацетоне. Поэтому растворенным называют ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной ацетоном. При наполнении такие баллоны искусственно охлаждают. При открывании вентиля на баллоне ацетилен начинает выделяться из ацетона в виде газа. Растворение ацетилена применяют для его длительного хранения и транспортировки, так как в жидком и твердом состоянии он взрывоопасен.

Карбид кальция

Карбид кальция - кристаллическое вещество (СаС2) темно-серого или темно-коричневого цвета с удельным весом от 2,3 до 2,53 г/смі. При взаимодействии с парами воды, находящимися в атмосферном воздухе, имеет характерный (чесночный) запах. При взаимодействии с водой карбид кальция разлагается с образованием ацетилена и гашеной извести. Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дмі ацетилена, однако наличие примесей снижает этот показатель до 280 дмі. Процесс разложения карбида кальция в воде происходит по следующей реакции: