Газопрессовая сварка
Особенным видом газовой сварки есть газопрессовая сварка. Обычной сварочной адетилено-кислородной горелкой возможно не плавить металл, а только нагреть его до пластического состояния и выполнить сварку давлением, применив прессование либо проковку разогретого металла. Подобный процесс считался нерациональным, нерентабельным до тех пор пока нагрев осуществлялся недорогими промышленными газами, сжигаемыми не в технически чистом кислороде, а в воздухе.
Низкотемпературное пламя разрешало нагревать металл медлительно и равномерно без опасения местного расплавления и в сочетании с проковкой осуществлять сварку удовлетворительного качества (к примеру, сварку водяным газом). Подобный метод сварки сложен, дорог, малопроизводителен, требует громоздкого оборудования и исходя из этого на данный момент не используется.
При новом методе газопрессовой сварки металл нагревается сварочным ацетилено-кислородным пламенем. Для интенсивного стремительного нагрева, нужного для успешной высокопроизводительной сварки, необходимо замечательное нагревательное пламя.
Чтобы это пламя не вызывало большого расплавления металла, как при простой сварке плавлением, нагрев рассредоточивается, вместо одного замечательного пламени используют много малых пламен, распределенных по большой поверхности. Особые многопламенные горелки с сотнями и десятками пламен имеют малые диаметры выходных каналов (0,5— 0,8 мм) и малый часовой расход ацетилена (40—100 л) для каждого пламени.
Расстояние между осями соседних пламен образовывает всего пара миллиметров. Использование солидного числа малых пламен, кроме равномерности нагрева, снабжает большой тепловой к. п. д. процесса. Тепловой к. п. д. ацети-лено-кислородного пламени резко снижается с повышением размеров пламени и возрастает с их уменьшением.
Большое значение к. п. д. имеет пламя малых размеров, которое и употребляется в многопламенных горелках для газопрессовой сварки.
Для большей устойчивости пламени горелки питаются ацетиленом высокого давления, причем чтобы не было перегрева горелки и воспламенения горючей ацетилено-кислородной смеси в горелки корпус горелки охлаждается водой, протекающей по внутренним каналам. Размеры и конфигурацию горелки приспосабливают к размерам и форме изделия, к примеру труб данного диаметра.
Для зажатия свариваемых изделий и для осадки требуются более либо менее сложные устройства, значительно чаще с гидравлическим управлением, что вместе с необходимыми приборами и горелкой, и с источниками питания горелки газами образует установку для газопрессовой сварки.
Газопрессовая сварка применяется для стыков металлических трубопроводов для газа, нефти и т. п. диаметром 50—600 мм. Горелка для сварки трубопровода имеет кольцевую форму и складывается из двух однообразных половин, соединенных шарнирно. При смыкании полуколец горелки охватывается вся окружность сечения трубы, при раскрывании полуколец возможно снять горелку с трубы либо надеть на нее.
Каждое полукольцо трудится раздельно и самостоятельно, независимо от другого полукольца. На каждом полукольце с внутренней стороны помещаются мундштуки для выхода горючей ацетилено-кислородной смеси. Расстояние между осями мундштуков около 6 мм, оси каналов мундштуков направлены радиально к центру кольца (рис. 1).
Горелка приобретает горючую смесь, заготовляемую в отдельных вынесенных из горелки камерах смешения, по одной на каждое полукольцо.
Рис. 1. Горелка для газопрессовой сварки труб: 1 — горелка; 2 — труба; 3 — огни горелки
Горелка очень интенсивно нагревает стык соединяемых труб и скоро доводит металл стыка до сварочного жара и перехода в пластическое состояние, разрешающее создавать осадку. Время нагрева стыка не зависит от диаметра трубы, а зависит только от толщины ее стены; это разъясняется тем, что с трансформацией диаметра трубы соответственно меняют и число мундштуков и диаметр горелки, так что на любой мундштук приходится неизменно определенный участок поверхности металла трубы. Это разрешает приобретать газопрессовой сваркой стыки труб громадного диаметра со большой скоростью.
Так, чистое время нагрева трубы с толщиной стены 6 мм будет около 1 мин независимо от диаметра трубы. Громадное техническое преимущество газопрессовой сварки трубных стыков в том, что нет необходимости поворачивать трубы в ходе сварки. При хорошей организации работы и правильной калибровке и обрезке финишей труб полное время сварки трубного стыка возможно увеличено до 3—5 мин, что при прочности стыка и высоком качестве, выполненного газопрессовой сваркой, делает данный способ рациональным при сооружении трубопроводов для газа, нефтепродуктов и др.
Рис. 2. Газопрессовая установка для сварки труб
Устройство для газопрессовой сварки стыков трубопровода представляет собой сложный механизированный и автоматизированный самоходный агрегат — комбайн, самостоятельно перемещающийся на протяжении трубопровода (рис. 163). Все нужное оборудование размещается на замечательном гусеничном тракторе с повышенной проходимостью.
Для исполнения грузоподъемных операций трактор снабжен боковой стрелой. В периоды остановок электродвигатель трактора приводит в воздействие все нужные механизмы, а также масляный насос и подъёмный кран, питающий осадки и механизм зажатия сварочной автомобили. На прицепе к трактору помещены замечательный батарея и среднего ацетиленовый генератор Давления кислородных баллонов.
Трубы под газопрессовую сварку должны иметь прекрасно калиброванные финиши, с достаточно постоянной толщиной стенок, верным торцовым срезом, лежащим в плоскости, перпендикулярной к оси трубы. На финишах труб делается маленькой скос кромок, образующий при сборке угол раскрытия, равный, в зависимости от толщины стены, 12—25°. Перед сваркой стыкуемые кромки зачищаются до железного блеска.
Работу по сварке труб делают две бригады, трудящиеся совместно и согласованно: сборочно-центровочная и сварочная. Сварочная бригада, пользуясь всеми механизмами сварочного агрегата — комбайна, в особенности же сварочной машиной либо сварочной головкой, делает самая ответственную операцию сварки стыка. Сварочная головка подвешена на тросе и перемещается подъемной стрелой трактора.
Головка складывается из гидравлического сварочной горелки и сварочного пресса.
Гидравлический пресс складывается из двух прочных металлических колец, каждое из которых, со своей стороны, складывается из двух полуколец, соединенных шарнирно четырьмя металлическими стержнями, являющимися штоками горизонтальных гидравлических цилиндров, создающих перемещение колец в осевом направлении, т. е. осадку. Помимо этого, каждое кольцо имеет вертикальный гидравлический цилиндр, выдвигающий из тела кольца радиальные рифленые кулачки, каковые создают зажатие трубы. Между кольцами пресса помещается кольцевая многопламенная сварочная горелка.
Рис. 3. Кромки финишей труб в ходе газопрессовой сварки: 1 — сборка; 2 — предварительная осадка (малое давление); з — окончательная осадка (громадное давление), начало; 4 — то же финиш
В то время, когда финиши труб сомкнуты и сцентрированы центровочной бригадой, на стык надевают сварочную головку и закрепляют так, дабы средняя плоскость горелки совпала со средней плоскостью стыка. По окончании того как достигнута верная установка горелки, сварщик подает сигнал трактористу о подаче масла в цилиндры зажатия пресса, каковые хорошо зажимают стык труб радиальными металлическими кулачками с рифленой поверхностью, выдвигающимися из тела кольца.
По окончании заполнения металлом разделки кромок разогревают металл по обе стороны стыка; для этого при помощи управляющего рычага от руки горелке информируют колебания на 10 мм от оси стыка в обе стороны. Через пара десятков секунд стык и прилегающая территория прогреваются и тракторист по сигналу сварщика подает масло большого давления (до 30—50 am) в цилиндры осадки пресса; осадочное давление на стыке возрастает до 3—3,5 кГ/мм2 сечения металла трубы, в следствии происходят большая осадка стыка и пластическая деформация металла приблизительно на 10 мм.
Процесс осадки продолжается около 5 сек; сварщик сейчас продолжает разогрев металла колебательными перемещениями горелки. По окончании осадки горелку отводят в сторону и тушат. Для увеличения и некоторого охлаждения стыка его механической прочности сваренный стык выдерживается 5—10 сек в прессе под давлением.
На этом процесс сварки заканчивается, тракторист приостанавливает подачу масла, заканчивается давление, сварочную головку снимают со сваренного стыка и перевозят трактором к новому месту сварки.
Рис. 4. Методы газопрессовой сварки: а — с односторонними горелками; б — с двусторонними горелками; 1 — сварка без оплавления с боковым нагревом; 2 и 3 — комбинированная сварка; 4 и 5 — сварка оплавлением с торцовым нагревом
Перспективной есть кроме этого газопрессовая сварка ЖД рельсовых стыков.
Существует видоизмененный метод газопрессовой сварки. При простом методе газопрессовой сварки производится нагрев боковой поверхности металла, а свариваемое сечение не подвергается действию газового пламени. В поменянном методе нагревающее газовое пламя действует конкретно на поверхность свариваемого сечения.
В случае если простой метод назвать «боковой газопрессовой сваркой», то таковой метод возможно назван «торцовой газопрессовой сваркой». При торцовой сварке отверстия для горючей смеси и пламена распределяют равномерно по всему сечению сварки, горелку изготовляют двусторонней. Яркое воздействие пламени на торцовую поверхность стыка приводит к оплавлению металла.
Жидкий металл должен быть удален из стыка выдавливанием в ходе осадки.
По своим технологическим изюминкам торцовая газопрессовая сварка во многом напоминает контактную электросварку оплавлением и по аналогии возможно названа «газопрессовой сваркой оплавлением». Торцовая газопрессовая сварка во многих случаях воображает узнаваемые преимущества перед способом боковой газопрессовой сварки.
При маленьких толщинах металла вероятна газопрессовая сварка оплавлением с направлением пламени примерно параллельно поверхности стыка; таковой способ возможно назван «комбинированной, либо боковой газопрессовой сваркой оплавлением». Комбинированная газопрессовая сварка дает прекрасные результаты, к примеру, при сварке встык металлических страниц толщиной 1,5—8 мм. На рис.
4. схематически изображены три разновидности газопрессовой сварки.
Ацетилено-кислородное пламя благодаря собственной большой температуры, разрешающей скоро нагревать металл, владеет полезными технологическими особенностями и находит промышленное использование, не считая сварки металлов, для металлизации распылением, для поверхностной термообработки, очистки поверхности металла от ржавчины, других загрязнений и краски.
—-
Газовое пламя
При газопламенной обработке (сварке, резке, поверхностной обработке, пайке) в качестве источника тепла употребляется газовое пламя — пламя горючего газа, сжигаемого для данной цели в кислороде в особых горелках.
В качестве горючих газов применяют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. самая высокую температуру если сравнивать с пламенем вторых газов имеет ацетилено-кисдородное пламя, исходя из этого оно отыскало громаднейшее использование.
Ацетилен (С2Н2) есть химическим соединением водорода и углерода. Его приобретают в особых аппаратах — газогенераторах при сотрудничестве воды с карбидом кальция (СаС2). Реакция разложения карбида кальция с образованием гашёной извести и газообразного ацетилена протекает со большим выделением теплоты Q:
СаС2 + 2Н20 = С2Н2 + Са(ОН)2 + Q
При разложении 1 кг карбида кальция образуется 0,25—0,3 м3 ацетилена.
Карбид кальция приобретают в электрических дуговых печах при температуре 1900—2300°С сплавлением кокса с негашеной известью по реакции
СаО + ЗС = СаС2 + СО
Ацетилено-кислородное пламя складывается из трех территорий: ядра пламени, средней восстановительнойзоны2, факела пламени — окислительной территории. Ядро представляет собой газовую смесь очень сильно нагретого кислорода и диссоциированного (разложенного) ацетилена — 2С+Н2+02, ядро выделяется ярким свечением и резким очертанием. Горение начинается на внешней оболочке ядра и длится во второй территории.
В зоне 2 происходит первая стадия сгорания ацетилена за счет кислорода, поступающего из баллона по реакции 2С+Н3+02^-2С0+Н2. Углерод сгорает не всецело, а водород, как имеющий меньшее сродство к кислороду если сравнивать с углеродом, в данной территории не окисляется (не сгорает). Территория 2, имеющая самую большую температуру и владеющая восстановительными особенностями, именуется сварочной либо рабочей территорией. В зоне 3 (факеле) протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода по реакции:
Рис. 5. Схема обычного ацетилено-распределения температур и кислородного пламени
2СО + На + 3/202 = 2С02 + Н20
пары и Углекислый газ воды при больших температурах окисляют железо, исходя из этого эту территорию именуют окислительной.
Для полного сгорания одного количества ацетилена требуется два с половиной количества кислорода: один количество поступает из кислородного баллона и полтора количества —: из воздуха. Количество тепла в джоулях, приобретаемое при полном сгорании 1 м3 газа, именуется теплотворной свойством.
Газовое пламя нагревает металла благодаря процессов теплообмена — вынужденной конвекции и излучения.
Тепловые характеристики газового пламени (температура, действенная тепловая мощность, распределение теплового потока пламени по пятну нагрева) зависят от теплотворной свойства горючего газа, их соотношения и чистоты кислорода в смеси.
Температура газового пламени (°С) неодинакова в разных его частях и достигает громаднейшего значения на оси пламени вблизи финиша ядра. Тепловую мощность газового пламени, приобретаемого в сварочных горелках, условно оценивают часовым расходом ацетилена.
Действенная мощность пламени, т. е. количество тепла, вводимое в нагреваемый металл в единицу времени, возрастает с повышением расхода газа.
Газовое пламя есть рассредоточенным источником тепла. Громаднейший тепловой поток на оси ацетилено-кислородного пламени простой сварочной горелки в 8—12 раз меньше, чем у открытой сварочной дуги приблизительно однообразной действенной мощности, исходя из этого газовое пламя нагревает металл медленнее и плавнее, чем сварочная дуга.
