Аттестационная работа: Виды газопламенной обработки металла

СаС2 + Н2О = С2Н2 + Са(ОН)

Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно, поэтому применять ее в ацетиленовых генераторах невозможно. Для этого используют кусковый карбид кальция, загружая им ацетиленовый аппарат. Продолжительность разложения карбида кальция зависит от его грануляции и температуры, при которой происходит разложение. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция берут от 5 до 20 дм3 воды на 1 кг карбида кальция. Кроме того, иногда применяют «сухой» способ разложения, когда на 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2 -- 1 дмі воды. Барабаны с карбидом кальция должны сохраняться в помещениях, которые отвечают следующим условиям: помещение должно быть закрытым, сухим, построенным из негорючих материалов, защищенным от попадания влаги, хорошо проветриваться и иметь легкую кровлю, которую периодически проверяют на целостность. В помещении не должно быть водопровода, канализации, а также водяного и парового отопления; уровень пола в помещении должен быть на 0,2 м выше отметки наружной планировки; помещение должно оборудоваться средствами противопожарной защиты. Барабаны с карбидом кальция могут складироваться как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Помещения, где складируется карбид кальция, должны оборудоваться средствами механизации. Пустая тара из-под карбида кальция должна сохраняться в специальных местах вне производственных помещений. Запрещается складировать карбид кальция в подвалах и местах, где существует угроза затопления, нельзя сохранять открытые или поврежденные барабаны с карбидом кальция. Открывать барабаны с карбидом кальция следует латунным зубилом и молотком, а запаянные барабаны - специальным режущим приспособлением. Место реза должно предварительно смазываться жировой смазкой слоем от 3 до 5 мм, что предотвращает появление искр. Открывать барабаны, развешивать карбид кальция, отсеивать мелкие фракции и пыль нужно в отдельных специальных помещениях. Просыпанный карбид кальция следует тщательно убрать. Открытые или не полностью использованные барабаны с карбидом кальция закрывают водонепроницаемыми крышками. Открытым может быть только один барабан. В случае возникновения пожара в помещении, где хранится карбид кальция, нельзя пользоваться для тушения огня водой.

Пропан-бутановые смеси

Пропан-бутановые смеси состоят из пропана (C3H8) с примесью бутана (С4Н10) в количестве от 5 до 30%. Их получают при переработке нефти или добыче природного газа. Для сварочных работ эти смеси поставляется в баллонах в сжиженном состоянии. Из сжиженного состояния пропан-бутановая смесь переходит в газообразное при температуре -40°С при нормальном атмосферном давлении или при нормальной температуре, но при пониженном давлении.

Испарение 1 кг пропан-бутановой смеси освобождает до 0, 535 мі паров, которые в смеси с кислородом образуют сварочное пламя. При работе с пропан-бутановыми смесями следует учитывать, что этот состав тяжелее воздуха, поэтому при утечках скапливается в низменных местах и углублениях. При большой концентрации такой смеси в атмосферном воздухе она становится взрывоопасной. Для своевременного обнаружения таких скоплений в смесь добавляют специальное вещество, имеющее неприятный специфический запах. Баллоны, предназначенные для хранения и транспортировки пропан-бутановой смеси заполняют не полностью, так как, испаряясь, смесь создает большое давление, что может привести к разрушению баллона и взрыву. Переход из жидкого состояния в газообразное происходит самопроизвольно в верхней части баллона. Температура пламени, образованного пропан-бутановой смесью с кислородом, ниже температуры ацетиленового пламени, поэтому для сварки сталей такая смесь используется редко. Большей частью такие смеси применяют при газовой резке и пайке или при сварке металлов с низкой температурой плавления.

Водород

Водород -- представляет собой газ без цвета и запаха. Его получают в специальных генераторах воздействуя серной кислотой на железную стружку и цинк. Этот горючий газ в смеси с кислородом образует взрывчатую смесь, называемую гремучим газом. Хранят и транспортируют водород в сжиженном состоянии, в которое он переходит при температуре -253°С. Водород в газообразном состоянии легко проникает через любые неплотности, поэтому баллоны, трубопроводы и запорная арматура должны отвечать высоким требованиям герметичности. При сгорании водорода пламя практически не светится и не имеет четких границ.

Бензин и керосин

Бензин и керосин - представляют собой жидкости, получаемые при переработке нефти. При нормальной температуре и атмосферном давлении они легко испаряются и в газопламенной обработке металлов используются в виде паров. Для испарения бензина или керосинка горелки снабжают специальными испарителями или распылителями. Чаще всего эти жидкости используют для резки металлов, заменяя ацетилен. При этом вместо 1 мі ацетилена расходуется 1,3 кг керосина.

Кроме этого для газопламенной обработки могут применять природный газ, нефтяной газ, окись углерода и т.д. Все эти газы в смеси с кислородом или атмосферным воздухом при определенном их соотношении образуют взрывоопасные смеси, что следует учитывать в процессе работы.

Виды газопламенной обработки металлов

Газо-кислородное пламя в настоящее время начинает находить применение в технике не только для сварки и резки, но и для выполнения некоторых других процессов, связанных с высоким местным нагревом.

Кислородная резка, несмотря на некоторые ограничения, и сегодня остается одним из основных процессов газопламенной обработки.

Рис. 3

Сущность кислородной резки заключается в сжигании металла в кислороде и выдувании струей кислорода продуктов горения. Для успешного протекания процесса металл должен быть предварительно нагрет до температуры его воспламенения в кислороде. Процесс резки начинается с нагрева металла в начальной точке реза до температуры, достаточной для его воспламенения. Направленный на нагретый участок, режущий кислород вызывает интенсивное окисление верхних слоев металла, которые, сгорая, выделяют значительное количество теплоты и нагревают до температуры воспламенения нижележащие слои, т. е. процесс, в определенной степени, входит в режим автонагрева. Это обстоятельство дает предпосылки достаточно экономного расхода горючего газа в процессе резки. Процесс резки легко поддается механизации и автоматизации. Машины для кислородной резки могут резать углеродистые стали толщиной до 300 мм несколькими резаками, в том числе и V- или Х-образной подготовкой кромок под сварку с одновременной резкой. Они дешевле плазменных и лазерных и более просты в обслуживании. Некоторые специальные машины, например для металлургического производства, позволяют производить резку сталей толщиной до 1200мм. Машины для газокислородной резки осуществляют разделительную и поверхностную резку. Условно их можно классифицировать следующим образом

Рис. 4

Ручную газокислородную резку также подразделяют на разделительную и поверхностную. Поверхностная резка заключается в снятии слоя (как правило - дефектного) с поверхности металла, а также вырезке одиночных канавок, например удаление дефектного сварного шва. Разделительной резке подвергаются не только металлы, но и некоторые неметаллические материалы, например бетон. Для этих целей в настоящее время все более широкое применение находят газокислородные установки для резки бетона, установки кислородно-порошковой копьевой резки, кислородно-флюсовой резки. В первом приближении оборудование для ручной газовой резки можно классифицировать следующим образом.

Рис. 5

Несмотря на кажущуюся простоту процесса, далеко не все металлы поддаются газокислородной резке. Это, в первую очередь, связано с тем, что у большинства металлов температура плавления ниже температуры воспламенения в кислороде, что и приводит к невозможности процесса резки. Кроме того, препятствием на пути этого процесса зачастую становится высокая температура плавления окислов металла, их недостаточная жидкотекучесть, высокая теплопроводность металла и др. факторы. Эти ограничения в середине 50-х годов прошлого века привели к появлению новых, более концентрированных, чем газовое пламя, источников нагрева. Возникают процессы газоэлектрической, плазменной, электронно-лучевой и (в 70-х годах) газолазерной резки. Осваиваются способы обработки неметаллических материалов высокотемпературной порошково-кислородной и термореактивной струями газа. Это обусловило появление в технической литературе вместо собирательного термина «газовая» или «огневая» резка, охватывающего различные процессы кислородной резки, нового, объединяющего названия - «термическая» резка, принятого Международным институтом сварки.

Лазерная резка основана на тепловом действии лазерного луча и происходит при непрерывном или периодическом перемещении источника тепла, сформированного специальной оптической системой в пятно с высокой плотностью мощности. В зависимости от конструктивных особенностей излучателя возможны непрерывный (газовый лазер) и импульсный (твердотельный лазер) режим резки. В настоящее время наибольшее распространение для резки получили лазеры непрерывного действия. Для повышения эффективности резки в зону обработки совместно с лазерным лучом подается струя газа, способствующая удалению продуктов из зоны реза, а в некоторых случаях и инициирующая химическую реакцию в месте воздействия на металл (газолазерная резка).

Рис. 6

В первом случае используют инертные или нейтральные газы (аргон, азот, углекислый газ), во втором - кислород или воздух. Наибольшее распространение получил способ резки лазерным излучением с подачей струи кислорода в зону реза соосно с лучом лазера.

В конце 70-х - начале 80-х годов, сразу после ее освоения газолазерную резку считали наиболее перспективной среди всех способов термической резки. Действительно, начало было многообещающим: возможность резки практически любых толщин и любых материалов, в том числе и неметаллических, ширина зоны реза - доли миллиметра, а чистота поверхности реза такова, что в большинстве случаев вообще не требуется дополнительной механической обработки. Все это помогало строительству. Если теперь учесть, что современные машины для перемещения режущего инструмента при термической резке, позволяют производить высокоточную резку, то становятся очевидными преимущества газолазерной резки. Однако энергозатраты при лазерной резке перечеркивают все преимущества этого способа, не говоря уже о стоимости оборудования, которая и на сегодняшний день находится на заоблачных высотах. Достаточно сказать, что кпд газового (углекислотного) лазера составляет порядка 12%, а твердотельного, например, на алюмоиттриевом гранате - не превышает 2%. Кроме того, долговечность излучателей, зеркал и других элементов современных лазерных устройств еще недостаточна. Даже в твердотельных лазерных системах при мощностях излучения, не превышающих 0,5 кВт, срок службы зеркал составляет около 1000 ч. В системах большей мощности срок службы активных твердотельных элементов не превышает 500 ч, ламп накачки - 100-200 ч. В начале 80-х годов для развития этих процессов лазерной резки и сварки в МВТУ им. Баумана была создана специальная кафедра лазерной сварки и резки. Исследования, проведенные учеными кафедры, показали экономическую неэффективность лазерной сварки, а лазерная резка может быть эффективна только в некоторых случаях, когда другие способы термической резки дают неудовлетворительный результат.

Плазменная резка - это термическая резка сжатой электрической дугой. Сжатие дуги производится соплом горелки, потоком газа или внешним электромагнитным полем.

Рис. 7

Сжатая плазменная дуга обладает свойством самопроизвольно углубляться в металл, поэтому ее называют проникающей плазменной дугой. За счет сжатия дуги создается высокая концентрация тепловой энергии, обеспечивающая достаточную производительность и хорошее качество резки. В качестве плазмообразующего используют как однокомпонентные газы (аргон, азот, гелий, кислород), так и многокомпонентные (аргон + водород, воздух, азот + кислород). В последние годы для резки низкоуглеродистых и низколегированных сталей широко применяют очищенный от масла и влаги воздух.

Оборудование для плазменной резки состоит из плазмотрона (режущий инструмент), источника питания электрической дуги, блока управления процессом, газового хозяйства, системы охлаждения, механизма перемещения плазмотрона вдоль линии реза. Плазмотрон имеет два основных узла: электродный и сопловый. По принципу действия электродного узла плазмотроны подразделяются на образующие дуговую плазму прямого действия и косвенного действия. В первом случае положительным электродом является разрезаемое изделие, следовательно, использование такого плазмотрона возможно только для резки электропроводных материалов. Резка электроизоляционных материалов возможна только с использованием плазмотрона второго типа.

Бесспорным преимуществом плазменной резки является возможность термической резки практически любых материалов и сплавов. К недостаткам этого процесса относится невысокая эффективность (низкая скорость) резки, особенно сталей больших (50 мм и более) толщин, высокая стоимость оборудования, плохие санитарно-гигиенические характеристики процесса, высокий уровень шума.

Электронно-лучевая резка, заключающаяся в бомбардировке зоны реза высококонцентрированным пучком электронов, исходящим из электронной пушки, отличается наивысшей точностью и чистотой реза и получением ширины реза, исчисляющейся сотыми, а иногда и тысячными долями миллиметра. Однако этот процесс возможен только в вакуумной камере, поэтому широкого распространения не получил, а используется только в некоторых специальных отраслях.

Сущность газоэлектрической резки заключается в расплавлении металла электрической угольной дугой с выдуванием этого расплава струей сжатого воздуха. Этим способом можно производить как разделительную, так и поверхностную резку металлов. Способ возник в середине 50-х годов прошлого века как альтернатива пневматической вырубке по сравнению с которой он давал весьма хорошие результаты.