Организация рабочего места для ремонта и восстановления деталей ручной газопламенной сваркой и наплавкой

Белорусский национальный технический  университет

Кафедра «Техническая эксплуатация автомобилей»

Группа 101418

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА  ДЛЯ РЕМОНТА И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ РУЧНОЙ ГАЗОПЛАМЕННОЙ СВАРКОЙ  И НАПЛАВКОЙ

Отчёт по лабораторной работе №2

по дисциплине «Оборудование  и технология восстановительного ремонта»

Исполнитель:                                                              И. Н. Крепский

Руководитель:                                                             А. В. Казацкий

Минск 2012

1. Сущность и особенности восстановления деталей ручной газопламенной сваркой и наплавкой.

 

Газовая сварка относится  к сварке плавлением. Процесс газовой  сварки состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки.

Газовая сварка обладает следующими преимуществами: способ сварки сравнительно прост, не требует сложного и дорогого оборудования, а также источника  электроэнергии. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение относительно места сварки, сварщик может в  широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.

К недостаткам газовой  сварки относятся меньшая скорость нагрева металла и большая  зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке. При  газовой сварке концентрация тепла  меньше, а коробление свариваемых  деталей больше, чем при дуговой  сварке. Однако при правильно выбранной  мощности пламени, умелом регулировании  его состава, надлежащей марке присадочного металла и соответствующей квалификации сварщика газовая сварка обеспечивает получение высококачественных сварных  соединений.

Рисунок 1.1 – Способы сварки и угол наклона мундштука:

1 — момент сварки, 2 —  схемы движений мундштука и  проволоки, 3 — углы наклона мундштука  и проволоки

Техника газовой сварки. При левой сварке (рисунок 1.1, а) перемещение горелки производится справа налево, а при правой (рисунок 1.1, б) — слева направо. В первом случае присадочная проволока находится перед пламенем горелки, во втором — сзади него. При левом способе пламя направлено на несваренную часть шва; для более равномерного прогрева кромок и лучшего перемешивания металла сварочной ванны производятся зигзагообразные движения наконечника и проволоки.

Левая сварка обеспечивает более равномерную высоту и ширину шва в сварном соединении, наибольшую производительность и меньшую стоимость при сварке листов толщиной до 5 мм. Это объясняется тем, что пламя предварительно подогревает основной металл, подлежащий сварке. Кроме того, левая сварка проще по выполнению и не требует от сварщика приобретения больших навыков.

Левую сварку применяют также  для легкоплавких металлов. Для сварки сталей при левом способе мощность пламени устанавливается 100—120 дм3 ацетилена/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Повышение скорости при левой сварке по сравнению с правой может происходить лишь до тех пор, пока поглощение теплоты изделием (потери) незначительно, а это возможно только при сварке тонких листов.

При толщине листов более 5 мм левая сварка по скорости уступает правой. При правой сварке нагрев в  сварочной ванне более интенсивен, в сварочную ванну вводится больше теплоты, ядро пламени можно приблизить к поверхности ванны. Кроме того, пламя подогревает уже наплавленный металл, этот нагрев распространяется на незначительное расстояние от сварочной ванны, следовательно, происходит термическая обработка металла шва и околошовного металла.

Колебательных движений мундштука  при правом способе обычно не делают, а присадочной проволокой выполняют  спиральные движения, но с меньшей  амплитудой, чем при левой сварке.

Мощность пламени для  сварки стали правым способом устанавливается 120—150 дм³ ацетилена в час на 1 мм толщины свариваемого металла.

Положение горелки и присадочной  проволоки при газовой сварке. Пламя горелки направляют на металл изделия так, чтобы кромки свариваемых  частей находились в восстановительной  зоне пламени на расстоянии 2 — 6 мм от конца ядра. Касаться концом ядра металла изделия и присадочного прутка нельзя. Это вызовет науглероживание  металла ванны и будет способствовать возникновению хлопков и обратных ударов пламени.

Скорость нагрева металла  при газовой сварке можно регулировать наклоном мундштука горелки по отношению к поверхности металла. С увеличением толщины металла угол наклона мундштука горелки к вертикали возрастает.

Угол наклона присадочной  проволоки к поверхности металла  обычно составляет 30 — 40° и может  изменяться сварщиком в зависимости  от положения шва в пространстве, числа слоев многослойного шва  и др.

 

Как правило, конец присадочной  проволоки должен постоянно находиться в сварочной ванне, защищенной от окружающего воздуха газами восстановительной  зоны пламени. Пользоваться для образования  шва, так называемым, капельным процессом  сварки, когда проволоку опускают периодически в сварочную ванну, не рекомендуется из-за опасности  окисления металла проволоки  в момент ее отрыва от сварочной  ванны.

Основы технологии газовой  сварки. Газовой сваркой можно  выполнять любые швы в пространстве. Наиболее трудно выполнять потолочные швы ввиду стекания вниз капель металла  из сварочной ванны.

Швы накладываются однослойные  и многослойные. При толщине стали 8 — 10 мм шов выполняют в два  слоя. Листы толщиной 10 мм и выше сваривают в три слоя и более. Многопроходных швов при газовой  сварке не применяют из-за трудности  наложения узких валиков.

Многослойной сваркой  обеспечивается повышенная прочность  металла шва и всего сварного соединения по сравнению с однослойной: получается меньший участок перегретого  металла рядом со швом, достигается  нормализация (отжиг) нижележащих слоев  при наплавке последующих. Толщина  слоя подбирается такой, чтобы металл предыдущего слоя приобретал мелкозернистое строение. Для сварки незакаливающейся стали толщина слоя многослойного  шва составляет 3—8 мм в зависимости  от толщины и размеров изделия. Металл верхнего слоя шва рекомендуется  отжечь газовым пламенем без присадочного металла.

Перед наложением каждого  слоя нужно очистить поверхность  металла предыдущего слоя проволочной  щеткой от шлаков и толстой окалины.

Горизонтальные и потолочные швы обычно выполняют правым способом сварки. Вертикальные и наклонные  швы сваривают снизу вверх  левым способом.

При газовой сварке углеродистых и низколегированных незакаливающихся сталей применяется сварочная проволока  марок Св-08, Св-08А, Св-08АА, Св-08Г, Св-08ГС, Св-12ГС и др.

При правой сварке пользуются сварочной проволокой диаметром, равным половине толщины свариваемого металла, но не более 6 мм. При левой сварке проволоку берут диаметром на 1 мм больше, чем при правой.

Листы толщиной до 3 мм обычно сваривают нормальным пламенем. Листы  большей толщины сваривают пламенем с некоторым избытком кислорода, имеющим состав О₂/С₂Н₂ = 1,4.

В этом случае металл проплавляется  на большую глубину и сварка более  производительна. Однако следует пользоваться сварочной проволокой, легированной кремнием и марганцем (Св-12ГС, Св-08Г2С  и др.) для того, чтобы полнее удалить  образующийся в сварочной ванне  низший оксид железа FeO.

Кислород. Высокая температура  газового пламени достигается сжиганием горючего газа или паров жидкости в кислороде.

Кислород в чистом виде при температуре 20 °С и атмосферном давлении представляет собой прозрачный газ без цвета, запаха и вкуса, несколько тяжелее воздуха. Масса 1 м³ кислорода при 20 °С и атмосферном давлении равна 1,33 кг. Кислород сжижается при нормальном давлении и температуре     -182,9 °С. Жидкий кислород прозрачен и имеет голубоватый цвет. Масса 1 л жидкого кислорода равна 1,14 кг; при испарении 1 л кислорода образуется 860 л газа.

Сжатый кислород, соприкасаясь с маслами или жирами, окисляет их с большими скоростями, в результате чего они самовоспламеняются или взрываются. Поэтому баллоны с кислородом необходимо предохранять от загрязнения маслами.

Горючие газы. К горючим  газам относят ацетилен, пропан, природный газ и др.; используют также пары керосина.

Ацетилен чаще других горючих  применяется для сварки и резки; он дает наиболее высокую температуру пламени при сгорании в кислороде (3050- 3150 °С). Технический ацетилен (С₂Н₂) бесцветен, за счет содержащихся в нем примесей обладает резким неприятным запахом, в 1,1 раза легче воздуха, растворяется в жидкостях. Ацетилен взрывоопасен, находясь под давлением 0,15—0,20 МПа взрывается от электрической искры или огня, а также при быстром нагреве выше 200 °С. При температуре выше 530 °С происходит взрывчатое разложение ацетилена.

Смеси ацетилена с кислородом или воздухом при очень малом  содержании ацетилена способны при  атмосферном давлении взрываться. Поэтому  сварщикам необходимо соблюдать обязательные правила эксплуатации газовой аппаратуры. Самовоспламенение смеси чистого ацетилена с кислородом, выходящей из сопла газовой горелки, происходит при  температуре 428 °С.

Для сварки и резки ацетилен получают из карбида кальция. Карбид кальция получают в электрических печах сплавлением извести и кокса по реакции: СаО + ЗС→СаС2 + СО - Q. Получение ацетилена из карбида кальция происходит по реакции: СаС2+2 Н20 → С2Н2 + Са(ОН)2 + Q. Реакция происходит с выделением теплоты (около 475 ккал/кг карбида кальция). Чтобы предотвратить нагревание ацетилена, которое может вызвать взрывчатый его распад, практически расходуется воды от 5 до 15 л в зависимости от конструкции ацетиленовых генераторов, в которых получают ацетилен.

Технический карбид кальция  загрязнен вредными примесями, которые переходят в ацетилен. Они ухудшают качество сварки и должны удаляться из ацетилена промывкой водой и химической очисткой. Ацетилен должен удовлетворять определенным требованиям. Иногда в карбидном барабане скапливается много пылевидного карбида кальция. Карбидной пылью можно пользоваться лишь в генераторах особой конструкции. Применять пылевидный карбид кальция в генераторах, предназначенных для работы с карбидом кальция крупной грануляции, нельзя во избежание взрыва.

Газы-заменители ацетилена. Пропан-бутановая смесь представляет собой смесь пропана с 5-30% бутана. Смесь получают при добыче природных  газов и при переработке нефти. Температура пропан-кислородного пламени  низка и достигает 2400 °С (используется лишь для сварки стали толщиной не более 3 мм).

Природный газ. Состоит в  основном из метана (77—98%) и небольших  количеств бутана, пропана и др. Газ почти не имеет запаха, поэтому для обнаружения его утечки в него добавляют специальные резко пахнущие вещества.

Метан-кислородное пламя  имеет температуру 2100 — 2200°С, которая ниже пропан-кислородного пламени, поэтому природный газ можно применять в ограниченных случаях, главным образом для термической резки.

Газы, присадочная проволока и  флюсы для газовой сварки

 

 

2. Основные параметры и режимы. Методика их расчета и назначения.

 

Структура ацетилено-кислородного пламени (рис 2.1)

Ацетилено-кислородное пламя обладает наиболее высокой температурой по сравнению с пламенем любого другого газа. В пламене можно различить три зоны: ядро, среднюю восстановительную зону и факел – окислительную зону.

Для полного сгорания одною объема ацетилена требуется два с половиной объема кислорода; один объем поступает из кислородного баллона и полтора объема - из воздуха. Сварочное пламя должно иметь значительную тепловую мощность, т. е. вводить в зону сварки достаточное количество теплоты, чтобы расплавить основной и присадочные материалы, поддерживать ванну в расплавленном состоянии возмещать погори теплоты в окружающую атмосферу. Тепловая мощность пламени определяется расходом (дм\ч) в горелке ацетилена. Практически температура пламени должна быть на 250 - 300 °С больше температуры плавления металла. Например, если температура ацетилено-кислородного пламени равна 3100°С\ а температура плавления стали порядка 1500 С, то разница составит 3100-(1500 + 300) • 1300*С,

 

 

Рис. 2.2. Структура ацетилен-кислородного пламени и распределение температур.

а- нормальное ацетилен-кислородное пламя; б – размеры ядер пламени для мундштуков наконечником различных номеров, в - схемы и графики изменения температур метан-кислородного и пропан-бутан-кислородного пламени; 1 ядро, 2 восстановительная  зона, 3-факел, 4 свариваемый металл, l- длина ядра

 

При газовой сварке необходимо правильно выбрать режим сварки, который зависит от свариваемого металла, размера детали и пр. Так, расход горючего газа (ацетилена) (Q, л/ч) определяют по формуле

Q=A·S,                                          (2.1)

где А — коэффициент, зависящий  от металла детали, л/ч на 1 мм толщины  детали (для углеродистых сталей А=100 — 120, высоколегированных сталей А = 75; чугуна, меди А = 150; алюминиевого сплава А = 100); S — толщина свариваемого (наплавляемого) металла, мм.

По величине расхода ацетилена  выбирают номер наконечника сварочной горелки (таблица 2.1). Наиболее широко применяются универсальные инжекторные горелки ГС-53 со сменными наконечниками (№ 1—7).

Таблица 2.1

Наконечники к горелке  ГС-53 для ручной газовой сварки

 

Параметры	Номер наконечника
	1	2	3	4	5	6	7
Толщина свариваемой  стали, мм	0,5— 1,5	1,0— 2,5	2,5— 4,0	4—7	7—10	10—18	17—30
Расход ацетилена, л/ч	50- 125	125- 250	250- 400	400- 700	700— 1100	1050- 1750	1700— 2800