Расход кислорода при сварке

Самая распространённая операция с металлом – это его раскрой. И действительно:

  • в ходе этой операции деталь «рождается» на заготовительном участке металлообрабатывающего производства;
  • этой же операцией прекращается её практическое применение после утилизации;
  • без неё не обходятся формообразование, ремонт и т. п.

В промышленности и быту применяется немало методов разрезания металла. Не последнее место среди них занимает газовая резка. Самую экономически выгодную, а потому и широко распространённую – кислородно-пропановую резку металла (далее – КПРМ), мы и обсудим в этой статье.

Резка металла кислородом и пропаном

Сначала разберёмся, как же вообще осуществляется разделение металла кислородом. Резка этим газом базируется на свойстве металла сгорать под действием струи этого газа, а точнее – температуры её горения. Далее, под действием её напора из реза удаляются образующиеся продукты горения.

Рассмотрим процесс подробнее. Он делится на два основных этапа:

  • на первом – сплав разогревают до нужной рабочей температуры (при ней в струе кислорода воспламеняется металл). Для этого используется пламя горящей смеси подогревающего газа (ацетилена, пропана и т. п.) с кислородом;
  • на втором – подается режущий кислород в виде узкой струи под высоким давлением. Он приводит к непрерывному образованию окислов металла по всей его толщине (металл «прожигается» насквозь). Резак перемещается и сжигает струёй кислорода металл, удаляя, по пути, продукты горения. В результате – образуется линия реза. Подогревающий газ применяется только до разогрева рабочей зоны на поверхности обрабатываемой детали до температуры горения металла. На втором этапе он не нужен (его перекрывают) – необходимый температурный режим поддерживается кислородом.

Кислородная резка, как следует из её определения, может применяться далеко ни ко всем металлам и сплавам. Она может осуществляться только тех из них, которым, под воздействием кислорода, присущи следующие свойства:

  • температура их сгорания должна быть ниже, чем этот показатель при их плавлении;
  • окислы металлов, образующиеся в процессе раскроя, должны иметь температуру плавления ниже этого показателя самого металла;
  • количество выделяющегося в процессе обработки тепла должно быть достаточно для поддержания процесса постоянной кислородной резки;
  • образующиеся в процессе обработки деталей шлаки должны быть жидкотекучими. Это обеспечит их лёгкое удаление из рабочей зоны;
  • разрезаемые сплавы и металлы не должны иметь высокую теплопроводность. К ним относятся:
    • низкоуглеродистые стали. Например, марок от 08 до 20Г;
    • среднеуглеродистые стали. Например, марок от 30 до 50Г2;
    • ковкий чугун.

ВНИМАНИЕ! С другой стороны, невозможно раскроить кислородной резкой высокоуглеродистые стали (у них в обозначении имеется буква «У»). Вызвано это тем, что температура их плавления близка к температуре пламени. Вследствие этого, окалина не будет выбрасываться с обратной стороны листа (в виде столбов искр), а будет смешиваться с расплавленным металлом по краям реза. Это не позволит кислороду «пробраться» вглубь металла и прожечь его. Разрезать чугун помешают форма зерен и графит между ними (исключением является ковкий чугун). Не поддадутся кислородной резке, также, алюминий, медь и их сплавы.

Выбираем горючий газ

При использовании для раскроя металла обычного газопламенного резака в качестве предварительного подогрева применяют как пропан, так и ацетилен. Тем не менее, в большинстве случаев, для резки применяется именно пропан. Основанием для такого выбора являются следующие причины:

  • стоимость пропана значительно ниже ацетилена;
  • меньшая взрывоопасность пропана. Существует возможность быстрого обнаружения утечек, т. к. в баллоны к пропану добавляют ртутьсодержащие добавки. Специфический запах этих добавок позволяет легко обнаруживать место утечки газа (разгерметизации). Кроме того, ацетилен требует значительно более тщательного соблюдения правил техники безопасности, что не всегда просто выполнить на слесарном участке;
  • при проведении пропановой резки создаётся более узкая кромка среза, нежели при работе с ацетиленом; -резкий запах ацетилена создаёт дискомфорт и не всегда приемлем. Это особенно сказывается, если резка осуществляется в обычной мастерской, в которой трудятся и другие рабочие. Учитывая изложенное выше, предпочтение отдают пропану.

Оборудование кислородно-пропановой резки металла

Операция раскроя металла осуществляется газовым резаком. На рисунке приведено изображение этого инструмента и органы управления им (вентили).

Устройство газового резака. Ист. http://rezhemmetall.ru/gazovyj-rezak-po-metallu.html.

Пояснение к рисунку. Резак состоит из следующих узлов:

  • рукоятка с ниппелями для присоединения кислородного и газового рукавов;
  • корпус с регулировочными пропановым и кислородным вентилями.

Конструкции газовых резаков разных производителей отличается незначительно. Обычно, на них имеется 3 вентиля:

  • первый – для подачи пропана. Красного или жёлтого цвета;
  • второй – регулирующего кислорода (для подогревающего пламени);
  • третий – режущего кислорода. Все кислородные вентили синего цвета.

Практически все детали этого аппарата сменные. Поэтому, его в случае поломки, можно быстро отремонтировать прямо на рабочем месте. Самые распространённые резаки модели «Р1-01» или более мощные «Р2-01 и Р3-01П».

В общем случае, для раскроя металла газом требуется:

  • по одному баллону пропана и кислорода. Баллоны должны быть укомплектованы газовыми редукторами. Следует иметь ввиду, что на баллоне с пропаном резьба обратная и навернуть на него кислородный редуктор невозможно;
  • шланги высокого давления (кислородные);
  • резак;
  • мундштук нужного размера.

Необходимо правильно подбирать мундштук, и исходить при выборе следует из толщины металла. Например, если обрабатываемая деталь состоит из частей разной толщины 6…300 мм, то понадобятся мундштуки с внутренними номерами от 1 до 2 и с внешними – от 1 до 5.

При небольших объёмах производства и в быту используются мобильные посты, имеющие указанное оборудование.

Комплект мобильного оборудования для КПРМ. Ист. http://tutmet.ru/oborudovanie-mashina-stanok-gazovoj-rezki-metalla.html.

Подобные посты комплектуются всем необходимым от баллонов и резака до вспомогательных хомутиков.

На крупных производствах применяются автономные столы. Это газовое оборудование для резки металла в автоматическом режиме, которое, в большинстве случаев, производится без участия оператора. Наиболее известные из них «Смена», «Орбита», «Secator», «Quicky-E».

Как резать

Приступая к работе, в первую очередь, необходимо продуть кислородом шланги, чтобы удалить попавшие туда мусор или грязь.

Во-вторых, проверьте наличие подсоса в каналах резака. Для этого необходимо на нём:

  • подсоединить кислородный шланг к штуцеру кислорода (штуцер подогревающего газа должен остаться свободным);
  • установить давление подачи кислорода 5 атмосфер и открыть на резаке газовый и кислородный вентили;
  • проверить пальцем свободный штуцер, чтобы убедиться: идет ли подсос воздуха? Если нет, то следует прочистить инжектор и продуть каналы резака.

После этого они подсоединяются к аппарату:

  • шланг для кислорода крепится к штуцеру с правой резьбой при помощи ниппеля и гайки;
  • шланг для пропана – к штуцеру с левой резьбой тем же способом.

Далее, следует:

  • проверить разъемные соединения на герметичность. Обнаруженные утечки устранить, подтянув гайки или сменив уплотнители;
  • проконтролировать герметичность крепления газовых редукторов и исправность манометров.

Начинать газовую резку металла следует с удаления с его поверхности механическим способом ржавчины и прочих загрязнений. Обязательность этой операции вызвана следующим. При горении углерода образуется окись СО. Она, при взаимодействии с железом, повышает содержание углерода на его поверхности (особенно в месте реза). Это приводит к образованию закаленных структур в металле, которые будут неравномерно нагреваться. Что, в свою очередь, приведёт к появлению на краях этих структур механического напряжения и, как следствие, некоторому их укорочению. В результате: возникают деформации и образуются трещины. Механическая зачистка раскраиваемой поверхности позволяет избежать таких дефектов.

Далее, заготовку, лист или другую обрабатываемую деталь следует установить в такое положение, чтобы бала обеспечена свобода прохода струи режущего газа сквозь нее.

Устанавливаем на редукторах баллонов с газом рабочее давление. Обычно соотношение давлений подогревающего газа к кислороду – 1:10. Поэтому, выставляем, атм:

  • на пропановом – 0,5;
  • на кислородном – 5.

Дальнейшие действия имеют следующую последовательность:

  • на резаке немного открываем пропан (на четверть оборота маховика вентиля или чуть больше) и поджигаем газ;
  • упираем мундштук сопла резака в любой металл (желательно под наклоном) и медленно открываем регулирующий (подогревающий) кислород.

Будьте очень внимательны. Не перепутайте вентиль подогревающего кислорода с вентилем режущего газа.

  • поочередно регулируя оба вентиля (открывая и закрывая их), добейтесь пламени нужной нам силы. Длина пламени (она же его сила) подбирается из расчета толщины металла: чем толще лист или другая раскраиваемая деталь, тем сильнее должно быть пламя. Соответственно, увеличивается и расход кислорода с пропаном. Когда пламя отрегулировано, то оно приобретает синий цвет и корону.

Теперь можно начинать обрабатывать металл (напоминаем, что обработка начинается с разогрева и далее – разделение):

  • подносим сопло резака к краю металла и держим на расстоянии 5 мм от разрезаемой детали под углом 90°. В том случае, если лист или другое изделие необходимо прорезать не с краю, то разогревать металл следует начинать с той точки, от которой пойдет разрез. Разогреваем верхнюю кромку детали до температуры, °С: Т = 1000…1300 (величина параметра зависит от марки раскраиваемого металла и температуры его возгорания). Визуально это выглядит так, словно поверхность начала несколько «мокнуть». По времени разогрев продлится всего несколько секунд (до 10);
  • когда металл воспламенится, открываем вентиль режущего кислорода. На раскраиваемую деталь подается мощная узконаправленная струя режущего кислорода. Вентиль резака следует открывать очень медленно. В этом случае кислород зажжется от разогретого металла самостоятельно, и это позволит избежать обратного удара пламени, сопровождающегося хлопком. Когда раскрой начался, то разогревающий газ (пропан) отключаем.

Важно! Начиная с этого момента и далее очень важно обеспечить непрерывную подачу режущего кислорода. В противном случае пламя может погаснуть, горение металла прекратится и придется всё начинать сначала (поджиг, настройка пламени, разогрев раскраиваемой поверхности и т. д.).

Тонкости в работе

На эффективность раскроя металла влияют два основных параметра:

  • скорость резки;
  • глубина раскроя.

Большое влияние на эти параметры оказывает качество подогревающего газа – пропана. Известно, что для обнаружения его утечек (этому уделяют большое внимание, т. к. пропан взрывоопасен, но не имеет запаха) его смешивают с другим газом – бутаном, который имеет специфический запах и при попадании в атмосферу легко идентифицируется. Нужно внимательно следить за его концентрацией, т. к. даже при наличии в пропане хотя бы 10% бутана процесс подогрева металла перед его разделением резко замедляется и производительность труда падает.

У пропана есть ещё одна особенность. При понижении температуры окружающей среды плотность пропана возрастает, а текучесть – соответственно, падает и он медленнее поступает к мундштуку горелки. Поэтому, кроме контроля над концентрацией бутана, необходимо осуществлять контроль температуры ёмкости, в которой он находится.

Кроме того, необходимо следить за давлением кислорода, т. к. это давление, в значительной степени, влияет на толщину и качество резки:

  • недостаточно высокое давление:
    • не позволит прорезать всю толщину металла;
    • затруднит удаление окислов;
  • слишком высокое давление:
    • приведет к ухудшению качества реза;
    • увеличивается расход газа.

Скорость резания металла технолог выбирает исходя из свойств металла. Проконтролировать её в процессе работы можно по выбросу искр и шлаков:

  • если скорость выбрана верно, искры направлены вниз под углом 85…90°;
  • при низкой скорости столб искр опережает движение резания;
  • при завышенной скорости:
    • наблюдается отставанием потока искр от резака;
    • не происходит сквозного разрезания заготовки.

При раскрое толстого металла следует учесть, что режущая струя имеет форму конуса, который расширяется в нижней части. Это может привести к неприятным последствиям: повышению ширины реза и образованию снизу окалины. Чтобы избежать этого, необходимо увеличить подачу режущего кислорода, но при этом следует учитывать, что может:

  • появиться окалина на верхней кромке реза;
  • возрасти расход кислорода.

Производить раскрой металла следует не спеша, ведя струю кислорода вдоль заданной линии. Очень важно правильно выбрать угол наклона. Он должен составлять сначала 90°, затем следует иметь небольшое отклонение на 5…6° в сторону, обратную направлению резки. Однако, если толщина металла превышает 95 мм, можно допустить отклонение в 7…10°. Когда металл уже прорезан на 15…20 мм, необходимо изменить угол наклона до 20…30°.

Иногда возникает необходимость выполнить поверхностную или фигурную резку. Поверхностная резка (далее – ПР) заключается в том, что прорезают металл не насквозь, а лишь создают на его поверхности рельеф (прорезая канавки). В этом случае металл будет нагреваться не только за счет пламени резака, но и за счёт расплавленного шлака – растекаясь, он будет подогревать нижние слои металла. Начинается ПР, как обычная: нужный участок прогревается до температуры воспламенения. Далее, включаете режущий кислород и создаёте очаг горения металла. Равномерно перемещая резак, обеспечиваете процесс зачистки вдоль заданной линии реза, но резак в этом случае нужно расположить под углом 70…80° к обрабатываемой плоскости. При подаче режущего кислорода следует наклонить резак под углом в 17…45°. Схема обработки показана на рисунке.

Схема поверхностной кислородной резки. Ист. http://1metallocherepica.ru/instrumenty/pravilnaja-rezka-propanom.html.

Размеры канавки (ширину и глубину) регулируют следующим образом:

  • изменением скорости резки: увеличивая скорость – уменьшают размеры углубления;
  • глубина канавки увеличится, если:
    • возрастет угол наклона мундштука;
    • уменьшится скорость резки;
    • повысится давление кислорода;
  • ширина канавки регулируется диаметром режущей кислородной струи.

ВНИМАНИЕ! Следует помнить, что глубина канавки должна быть меньше ее ширины примерно в 6 раз. В противном случае на поверхности образуются «закаты».

Фигурная резка выполняется следующим образом. Размечаем на листе металла контур. Следует иметь в виду, что:

  • до начала самой резки следует сделать пробивку отверстий;
  • при разметке окружности или фланцев следует отмечать центры этих окружностей.

Начинать раскрой всегда необходимо с прямой линии – это поможет получить на закруглениях чистый рез. Прямоугольник можно начинать резать в любом месте (кроме углов). В последнюю очередь вырезается наружный контур. Такая последовательность позволит вырезать деталь с наименьшими отклонениями от чертежа.

Расход кислорода и пропана при резке металла

Расход кислорода на резку металла рассчитывается по формуле:

Рдет = HL + HKh

В этой формуле:

  • Рдет – объём необходимого для выполнения реза кислорода, куб.м;
  • Н- нормативы расхода во время рабочего процесса, куб.м/м;
  • L – общая длина реза выкраиваемой детали, м;
  • Kh – коэффициент, учитывающий множество особенностей рабочего процесса, требующих расхода газа на:
    • начальном этапе:
      • продувка;
      • регулировка;
    • прогреве металла;
    • процессе начала резки

Коэффициент Kh, как правило, равняется:

  • 1,1 – при единичном производстве;
  • 1,05 – при промышленном (серийном) производстве.

Норма расхода кислорода «Н» на резку металла зависит от мощности оборудования и режима резки. Она высчитывается по следующей формуле:

H = Р/V

В этой формуле:

  • Н – норма расхода кислорода, куб.м/м;
  • Р – допустимый расход газов, куб.м/час. Он указан в технических характеристиках используемого оборудования;
  • V – это скорость разрезания металла, м/час.

Наиболее часто применяемые значения газового расхода (измеряемый в куб.м/час) по различным диапазонам скорости резки для некоторых типов оборудования, приведены в следующей таблице.
Таблица № 1

Виды оборудования Оптимальный диапазон разрезаемых толщин, мм Диапазон скоростей резки, м/ч Кислород Ацетилен Пропан
Ручной кислородный резак 40 – 60 30 – 6 5,0 – 10,0 0,12 – 0,45 0,21 – 0,75
Машинный кислородный резак 5 – 300 40 – 5 2,5 – 25,0 0,2 – 1,2 0,32 – 2,04

Учитывая, что скорость раскроя и толщина обрабатываемого металла прямо зависят от допустимого расхода газа, то данные значения можно легко и просто определять интерполированием. Следовательно, можно укрупнено (оценочно) совершить вычисление расхода различных газов независимо от вида термической резки металлов. Для этого лишь необходимы:

  • длина разреза;
  • толщина металла;
  • мощность оборудования.

Значение допустимого расхода (кислорода и пропана) берут из паспорта оборудования. Скорость резания находят в справочниках, которые содержат специальные таблицы или диаграммы, связывающие все исходные данные.

Соотношение кислорода и пропана при резке металла

Кислородная резка основана на сгорании металла в струе технически чистого кислорода. Из приведённого выше описания, вы знаете, что пропан в смеси с кислородом необходим только для разогрева обрабатываемого металла. Количество разогревающего газа зависит от многих факторов:

  • марка стали;
  • толщина материала;
  • длина реза и т. д.

Дополнительными факторами, влияющими на расход, является:

  • расход газа на начальном этапе резки:
    • продувка;
    • регулировка оборудования;
  • зажигание и регулировка факела.

Рекомендуемые соотношения указываются в сопроводительной документации к конкретному оборудованию. Расчётные соотношение объёмов газа определяется по справочникам, которые содержат специальные таблицы и диаграммы, связывающие все данные. Эти параметры указываются в сопроводительной технологической документации. В процессе работы они могут корректироваться в ту или иную сторону.

Если у вас отсутствует указанная документация, то следует давление выставлять в соответствии с указанным выше соотношением. Обычно соотношение давлений подогревающего газа к кислороду – 1:10. Поэтому, выставляем, атм:

  • на пропановом – 0,5;
  • на кислородном – 5.

Расход пропана, кроме того, будет зависеть от количества и продолжительности прогревов.

Техника безопасности при работе с пропаном

При выполнении газовой резки металла необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, т. к. эта работа сопряжена с определённым риском. Начнем с защитной (рабочей) одежды. Она должна в себя включать:

  • огнеупорный костюм и краги для рук с такой же пропиткой;
  • маску сварщика, сделанную из негорючего пластика с наголовником;
  • рабочую обувь с высокими бортами.

Кроме того, рекомендуется использовать респиратор (что бы ни дышать дымами и пылью). Пренебрегать этой рекомендацией не стоит, т. к. может возникнуть ситуация, при которой толстый металл с первого раза не продуется. В этом случае расплавленные брызги (а это раскалённый металл!) могут упасть на человека.

Нельзя приступать к резке, если на газовых шлангах имеются трещины, разрывы или стыки. В случае острой необходимости допускается в стыке использовать трубки из алюминия или латуни. Однако лучше не рисковать и при первой возможности заменить их кондиционными шлангами.

ВНИМАНИЕ! Ни в коем случае не допускается использовать в стыках газовых шлангов стальные трубки, так как железо может дать искру и непредсказуемые последствия.

ПОМНИТЕ! Пропан – огнеопасен, а кислород – маслоопасен, т. е. при контакте кислорода с любым маслом произойдет взрыв. Поэтому, не прикасайтесь к кислородному баллону испачканными маслом рукавицами или одеждой. И ни в коем случае не оставляйте промасленную ветошь – всё убирайте в специально для этого предназначенные ёмкости.

Баллоны должны располагаться на расстоянии 10 м от рабочего места и в 5 м друг от друга. В процессе работы нельзя забывать следить за давлением газа в баллонах. Весь газ из баллона расходовать не допускается.

В процессе работы могут возникнуть внештатные ситуации.

Ни в коем случае не паникуйте!

Если у вас во время раскроя металла слетел со штуцера или оборвался кислородный шланг, то необходимо тут же перекрыть на резаке подачу пропана, а затем – закрыть оба баллона. Если при розжиге пламени и настройки резака неожиданно раздаётся хлопок и пропадает пламя, то следует просто закрыть вентили резака и разжигать пламя заново.

Преимущества и недостатки

Преимуществом КПРМ является низкая стоимость подогревающего газа – пропана, а недостатком – им под силу только низко- и среднеуглеродистые стали, а так же ковкий чугун. КПРМ выгодно использовать при больших объемах работ (резка стали на металлолом и т. п.). Обычная кислородная резка труб из хромистых и хромоникелевых сталей, а также из чугуна, меди и ее сплавов КПРМ практически невозможна. Для обработки этих деталей из этих металлов применяют:

  • кислородно-ацетиленовая резка. Применение для подогрева ацетилена позволяет увеличить температуру разогрева и соответственно толщину обрабатываемых заготовок. Но при этом резко возрастает стоимость работ;
  • кислородно-флюсовую резку. Этот способ заключается в том, что в струю режущего кислорода подается порошкообразный флюс. Этот материал предназначен для того, что бы, сгорая в кислороде, выделять в месте раскроя дополнительное количество тепла. Оно должно способствовать расплавлению тугоплавких окислов. Расплавленные окислы, в свою очередь, образуют жидкие шлаки, которые стекают и не препятствуют процессу резки. Основным компонентом этих флюсов является железный порошок марок ПЖ5М, ВМ, ВС и различные добавки (например, алюминиевый порошок);
  • кислородно-дуговая (её также называют – газоэлектрическая) резка. Это такой способ резки, при котором металл, расплавляемый электрической дугой, непрерывно удаляется струей газа. В качестве газа могут быть использованы:
    • сжатый воздух;
    • кислород;
    • азот и т. д.

Наибольшее распространение получила технология с применением сжатого воздуха. Это объясняется его наиболее низкой стоимостью. Воздушно-дуговую резку применяют для:

  • выплавки дефектных сварных швов, раковин и трещин;
  • V-образной подготовки кромок под сварку;
  • разделительной резки углеродистых и легированных сталей, чугуна и цветных металлов.

Наиболее широко ее применяют для разделительной резки нержавеющей стали толщиной до 20…25 мм. Преимуществом этих видов резки является возможность расширения ассортимента обрабатываемых металлов, а недостатком – усложнение технологии и повышение стоимости.

Разделы: Газовая резка металла

Предыдущая статья: Стеллаж-хранилище для металлопроката – прутка, труб, уголка и тому подобного Следующая статья: Кузница KVI

СВОЙСТВА И РЕГУЛИРОВАНИЕ СВАРОЧНОГО ПЛАМЕНИ

Внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от состава горючей смеси, т. е. соотношения в ней кислорода и ацетилена.

При сгорании ацетилена в воздухе без добавления кислорода образуется пламя желтоватого цвета, имеющее форму длинного факела без светлого ядра. Такое пламя имеет низкую температуру и коптит, выделяя много сажи (несгоревшего углерода), поэтому непригодно для сварки.

Если в пламя прибавлять кислород, оно резко меняет свой цвет и форму, а температура его значительно повышается. Изменяя соотношение кислорода и ацетилена, можно получать три основных вида сварочного пламени (рис. 84, а, б, в): нормальное, называемое также восстановительным; окислительное (с избытком кислорода) и науглероживающее (с избытком ацетилена).

Для сварки большинства металлов применяют нормальное (восстановительное) пламя. Теоретически оно образуется, когда в горелку на один объем ацетилена подается один объем кислорода. Ацетилен тогда сгорает за счет кислорода смеси по реакции

I фаза: С2Н2 + 02 = 2СО + Н2

Последующее сгорание происходит за счет кислорода окружающего воздуха по реакции

II фаза: 2С02 + Н2 + 1,502 = 2С02 + Н20

Окись углерода и водород, образующиеся в пламени при I фазе сгорания, раскисляют металл, восстанавливая имеющиеся в сварочной ванне окислы. При этом металл шва получается без пор, газовых пузырей и включений окислов.

Практически в смесь подают несколько больше кислорода, чем это нужно для получения восстановительного пламени по приведенной выше схеме сгорания. Нормальное восстановительное пламя получается при избытке кислорода в смеси до 30% против теоретического, т. е. при отношении ацетилена и кислорода от 1 : 1 до 1 : 1,3.

Схема образования нормального восстановительного ацетилено-кислородного пламени показана на рис. 85, а. Нормальное пламя имеет ядро, восстановительную зону и факел. У ядра четко очерченная форма, близкая к форме цилиндра с закругленным концом, и ярко светящаяся оболочка из раскаленных частиц углерода, сгорание которых происходит в наружном слое оболочки. Размеры ядра зависят от расхода горючей смеси и скорости ее истечения. Если увеличить давление кислорода в горелке, то скорость истечения смеси увеличится и ядро удлинится. С уменьшением скорости истечения смеси ядро укорачивается. На рис. 85, а внизу приведены длины и диаметры (мм) ядер ацетилено-кислородного пламени, получаемые в мундштуках разных номеров.

Восстановительная зона имеет темный цвет, отличающий ее от ядра и остальной части пламени. Длина этой зоны достигает 20 мм от конца ядра, в зависимости от номера мундштука. Она содержит окись углерода и водород. Восстановительная зона имеет наиболее высокую температуру в точке, отстоящей на расстоянии 2—6 мм от конца ядра. Этой частью пламени нагревают и расплавляют металл в процессе сварки.

Остальная часть пламени за восстановительной зоной называется факелом. Факел содержит углекислый газ, пары воды и азот, которые образуются при сгорании окиси углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха, в состав которого входиг азот. Температура факела значительно ниже температуры восстановительной зоны.

Если увеличить подачу кислорода или уменьшить подачу ацетилена в горелку, то получается окислительное пламя. Оно образуется, когда в смеси на один объем ацетилена приходится более 1,3 объема кислорода. Окислительное пламя характеризуется укороченным, заостренным ядром с менее резкими очертаниями. Температура окислительного пламени выше температуры нормального восстановительного, однако такое пламя может окислять свариваемый металл.

При уменьшении подачи кислорода или увеличении подачи ацетилена получается науглероживающее пламя, которое иногда называют ацетиленистым. Оно образуется при подаче в горелку 0,95 и менее объема кислорода на один объем ацетилена. В ацетиленистом пламени размеры зоны сгорания увеличиваются, ядро теряет резкие очертания, становится расплывчатым, а на конце ядра появляется зеленый венчик, по которому судят об избытке ацетилена. Восстановительная зона светлее, почти сливается с ядром и пламя принимает желтоватую окраску. При большом избытке ацетилена пламя коптит вследствие недостатка кислорода, необходимого для полного сгорания ацетилена.

Избыточный ацетилен в ацетиленистом пламени разлагается на водород и углерод, переходит в расплавленный металл. Температура такого пламени ниже температуры восстановительного пламени. Уменьшая подачу ацетилена в горелку (до полного исчезновения зеленого венчика на конце ядра), ацетиленистое пламя превращают в нормальное.

При регулировании пламени следует обращать внимание на правильность установки давления кислорода и размер ядра пламени. С повышением давления кислорода скорость истечения смеси из мундштука возрастает и пламя становится «жестким», т. е. раздувает металл сварочной ванны и этим затрудняет сварку. При слишком большой скорости истечения смеси пламя может отрываться от мундштука. Если же слишком низкое давление кислорода, пламя становится короче и при приближении конца мундштука к металлу горелка начинает хлопать.

Сварочное пламя должно обладать достаточной тепловой мощностью, т. е. давать количество тепла, необходимое для расплавления свариваемого и присадочного металла и покрытия потерь тепла в окружающую среду. Тепловая мощность пламени определяется расходом ацетилена (дм3/ч) в горелке.

При сварке тепловая мощность пламени выбирается в зависимости от толщины, свариваемого металла и его физических свойств. Металл большой толщины и хорошо проводящий тепло требует более мощного сварочного пламени, чем тонкий, менее теплопроводный и более легкоплавкий металл. Изменяя тепловую мощность пламени, можно в широких пределах регулировать скорость нагрева и расплавления металла, что является одним из положительных качеств процесса газовой сварки. Схема и распределение температур для метан-кислородного и пропан-бутан-кислородного пламени показаны на рис, 85, б.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ГАЗОВОЙ СВАРКЕ

Металлургические процессы при газовой сварке характеризуются: малым объемом^ ванны расплавленного металла; высокой температурой и концентрацией тепла в месте сварки; большой скоростью расплавления и остывания металла; интенсивным перемешиванием металла ванны газовым потоком пламени и присадочной проволокой; химическим взаимодействием расплавленного металла с газами пламени.

При избытке в пламени кислорода происходят реакции окисления железа, марганца, кремния и углерода по уравнениям:

1. Железо:

Образующаяся закись железа (FeO) может окислять марганец, кремний и углерод по реакциям:

2. Марганец:

4- = (MnO) + Fe

3. Кремний:

+ 2 = (Si02) + 2Fe

Так как окислы МnО и Si02 переходят в шлак, то количество раскислителей (марганца и кремния) в металле шва уменьшается. Это приводит к появлению избытка кислорода в наплавленном металле и ухудшению его механических свойств.

4. Углерод:

+ =4Fe + CO

При выходе окиси углерода из сварочной ванны происходит кипение и разбрызгивание металла.

Если пламя имеет восстановительный характер, в сварочной ванне будут протекать реакции восстановления, обратные приведенным выше, а именно:

1. Восстановление железа окисью углерода:

+ СО = Fe + СО2

2. Восстановление железа водородом:

+H2 = Fe + H2О

Водород способен хорошо растворяться в жидком железе. При быстром остывании сварочной ванны он может остаться в шве в виде мелких газовых пузырей. Однако газовая сварка обеспечивает более медленное охлаждение металла по сравнению с дуговой сваркой. Поэтому при газовой сварке углеродистой стали весь водород успевает выделиться из металла шва и последний получается плотным.

Большую опасность водород представляет для сварки меди и латуни, так как может вызвать «водородную болезнь» (растрескивание) меди и пористость шва при сварке латуни.

3. Восстановление железа из его закиси FeO осуществляется марганцем и кремнием по приведенным выше уравнениям 2 и 3.

Если в пламени имеется избыток углерода, то он может переходить в металл и науглероживать его по реакциям:

3Fe+ С =

3Fe + 2CO= +С02

Свободный углерод образуется в пламени при разложении ацетилена по реакции С2Н2 = 2С + Н2.

При газовой сварке в металле шва происходят структурные изменения. Вследствие более медленного (по сравнению с дуговой сваркой) нагрева зона влияния при газовой сварке получается больше, чем при дуговой.

При газовой сварке углеродистых сталей малых толщин зона теплового влияния основного металла простирается на 8-15 мм, а средних толщин — на 20 — 25 мм в ту и другую сторону от шва. Характер изменения структуры металла в зоне теплового влияния определяется составом металла (сплава) и его состоянием перед сваркой. Для улучшения структуры и свойства металла шва и околошовной зоны часто применяют горячую проковку шва, общую или местную термообработку. Местную термообработку также производят путем нагрева металла шва и околошовной зоны пламенем сварочной горелки.

Администрация Общая Опубликовано: 2011.05.31 Обновлено: 2020.03.04

Общая часть. 1

Раздел I. Сварка трубопроводов из легированных сталей. 2

Техническая часть. 2

Глава 1. Сварка ручная дуговая покрытыми электродами. 3

§ 1. Соединения С8 горизонтальных стыков трубопроводов со скосом одной кромки. 3

§ 2. Соединения С18 вертикальных стыков трубопроводов со скосом кромок на съемной подкладке. 4

§ 3. Соединения С5 вертикальных стыков трубопроводов без скоса кромок на остающейся цилиндрической подкладке. 5

§ 4. Соединения С10 горизонтальных стыков трубопроводов со скосом одной кромки на остающейся цилиндрической подкладке. 5

§ 5. Соединения С19 вертикальных стыков трубопроводов со скосом кромок на остающейся цилиндрической подкладке. 6

§ 6. Соединения С52 вертикальных стыков трубопроводов с криволинейным скосом кромок с расточкой на остающейся цилиндрической подкладке. 7

§ 7. Соединения С53 вертикальных стыков трубопроводов с криволинейным скосом кромок с расточкой на остающейся цилиндрической подкладке. 8

§ 8. Соединения У7 угловые фланцев с трубой со скосом одной кромки двусторонние. 8

§ 9. Соединения угловые У8 фланцев с трубой с симметричным скосом одной кромки двусторонние. 9

§ 10. Соединения угловые У18 без скоса кромок (вварка патрубков) 10

Глава 2. Сварка ручная аргонодуговая. 11

§ 11. Соединения С2 вертикальных стыков трубопроводов без скоса кромок. 11

§ 12. Соединения С17 вертикальных стыков трубопроводов со скосом кромок. 11

§ 13. Соединения С18 вертикальных стыков трубопроводов со скосом кромок на съемной подкладке. 12

§ 14. Соединения С5 вертикальных стыков трубопроводов без скоса кромок на остающейся цилиндрической подкладке. 12

§ 15. Соединения С19 вертикальных стыков трубопроводов со скосом кромок на остающейся цилиндрической подкладке. 13

§ 16. Соединения угловые У19 со скосом одной кромки (сварка патрубков) 13

§ 17. Соединения угловые У16 без скоса кромок (вварка патрубков) 14

Глава 3. Сварка комбинированная. 15

§ 18. Соединения С17 вертикальных стыков трубопроводов со скосом кромок. 15

§ 19. Соединения С18 вертикальных стыков трубопроводов со скосом кромок на съемной подкладке. 16

§ 20. Соединения С19 вертикальных стыков трубопроводов со скосом кромок на остающейся цилиндрической подкладке. 17

§ 21. Соединения С52 вертикальных стыков трубопроводов с криволинейным скосом кромок с расточкой на остающейся цилиндрической подкладке. 18

§ 22. Соединения угловые У18 без скоса кромок (вварка патрубков) 19

§ 23. Соединения угловые У19 со скосом одной кромки (вварка патрубков) 20

РАЗДЕЛ II. Автоматическая сварка под флюсом листовых металлоконструкций. 21

Техническая часть. 21

Глава 4. Сварка стыковых соединений. 21

§ 24. Соединения стыковые С4 без скоса кромок односторонние. 21

§ 25. Соединения стыковые С5 без скоса кромок односторонние. 22

§ 26. Соединения стыковые С47 без скоса кромок односторонние. 22

§ 27. Соединения стыковые С7 без скоса кромок двусторонние. 23

§ 28. Соединения стыковые С29 без скоса кромок двусторонние на флюсовой подушке. 23

§ 29. Соединения стыковые С9 со скосом одной кромки односторонние 23

§ 30. Соединения стыковые С10 со скосом одной кромки односторонние на остающейся подкладке. 24

§ 31. Соединения стыковые С12 со скосом одной кромки двусторонние 24

§ 32. Соединения стыковые С31 с криволинейным скосом одной кромки односторонние. 24

§ 33. Соединения стыковые С32 с ломаным скосом одной кромки односторонние. 25

§ 34. Соединения стыковые С15 с двумя симметричными скосами одной кромки двусторонние. 25

§ 35. Соединения стыковые С18 со скосом кромок односторонние. 26

§ 36. Соединения стыковые С19 со скосом кромок односторонние на остающейся подкладке. 26

§ 37. Соединения стыковые С21 со скосом кромок двусторонние с предварительной подваркой корня шва. 27

§ 38. Соединения стыковые С33 со скосом кромок двусторонние на флюсовой подушке. 27

§ 39. Соединения стыковые С34 с криволинейным скосом кромок односторонние на остающейся подкладке. 27

§ 40. Соединения стыковые С36 с ломаным скосом кромок односторонние на флюсовой подушке. 28

§ 41. Соединения стыковые С25 с двумя симметричными скосами кромок двусторонние. 28

§ 42. Соединения стыковые С38 с двумя симметричными скосами кромок двусторонние на флюсовой подушке. 29

§ 43. Соединения стыковые С26 с двумя симметричными криволинейными скосами кромок двусторонние. 30

Глава 5. Сварка угловых тавровых соединений. 30

§ 44. Соединения угловые У5 без скоса кромок двусторонние с предварительным наложением подварочного шва. 30

§ 45. Соединения угловые У7 со скосом одной кромки двусторонние с предварительным наложением подварочного шва. 31

§ 46. Соединения тавровые ТЗ без скоса кромок двусторонние. 31

§ 47. Соединения тавровые Т7 со скосом одной кромки двусторонние с предварительным наложением подварочного шва (положение «в лодочку») 31

§ 48. Соединения тавровые Т8 с двумя симметричными скосами одной кромки двусторонние (положение «в лодочку») 32

§ 49. Соединения нахлесточные Н1 без скоса кромок односторонние. 32

Раздел iii. Сварка соединений арматуры и закладных деталей железобетонных конструкций. 33

Техническая часть. 33

Глава 6. Сварка крестообразных соединений стержней арматуры.. 34

§ 50. Сварка точечная прихватками (горизонтальное и вертикальное положения стержней) 34

§ 51. Сварка с принудительным формированием шва (вертикальное положение швов) 34

Глава 7. Сварка стыковых соединений стержней арматуры.. 35

§ 52. Сварка в инвентарных формах. 35

§ 53. Сварка на стальной скобе-подкладке. 38

§ 54. Сварка на стальной скобе-накладке. 39

§ 55. Сварка ручная дуговая многослойными швами без формирующих элементов (вертикальное положение стержней) 39

§ 56. Сварка протяженными швами с нахлесткой. 40

Глава 8. Сварка тавровых соединений закладных деталей. 42

§ 57. Сварка ванная одноэлектродная в инвентарных формах (горизонтальное положение стержней) 42

§ 58. Механизированная сварка в углекислом газе. 43

§ 59. Ручная дуговая сварка валиковыми швами. 44

Раздел IV. Газовая резка. 44

Техническая часть. 44

Глава 9. Ручная газовая резка. 45

§ 60. Резка листовой стали. 45

§ 61. Резка прокатной угловой равнополочной стали. 45

§ 62. Резка двутавровых балок. 46

§ 63. Резка швеллеров. 46

§ 64. Резка стали квадратного профиля. 46

§ 65. Резка круглой стали. 47

§ 66. Резка рельсов. 47

§ 67. Резка труб. 47

§ 68. Вырезка отверстий под патрубки или обрезка концов патрубков. 49

Глава 10. Механизированная резка. 50

§ 69. Резка листовой стали. 50

§ 70. Резка труб. 51

Нормы расхода кислорода при резке листового металла. Расход кислорода на 1 метр реза.

В данной статье приведены средние нормы расхода кислорода для обычных керосинорезов типа резака Бобуха «Вогник». Исходные значение были найдены практическим путем. Использованы средние значения в зависимости от толщины листового металлопроката.

В таблице не указаны значения для листов, толщина металла которых составляет от 1 до 4 мм, так как не практично резать тонкие листы металла, из-за их деформации после резки. О деформации металла при кислородной резке и как её уменьшить можно узнать в этой статье.

Нужно уточнить, что керосинорезом невозможно резать цветные металлы и чугунные изделия, поэтому значения в таблице 1 не подходят для расчетов цветных металлов и чугуна.

Вопрос про расход кислорода является один из самых распространенных и точного ответа Вам никто не сможет дать. Расход зависит от нескольких факторов, а именно:

— опыта резчика;

— качества металла (б/у или новый);

— марки металла;

— мундштука.

Поэтому в таблице 1 приведены максимально приближенные значения.

Таблица 1.

Расхода кислорода на 1 метр реза керосинорезом.

Толщина металла, мм Расход кислорода, м3
5 0,146
6 0,189
8 0,216
10 0,262
12 0,309
16 0,405
20 0,52
30 0,74
40 0,985
50 1,23
100 2,44

Расчет керосина в соотношении с кислородом берется 1 к 3. На 10 л керосина необходимо 30 м3 кислорода.

При работах с резаком обязательно соблюдайте все необходимые нормы и правила безопасности. Используйте всегда исправное оборудование, перед работами обязательно проводите визуальный осмотр оборудования:

— кислородных редукторов;

— баллонов;

— напорных рукавов.

Больше информации о технике безопасности и эксплуатации кислородных редукторов можно найти в статье: Эксплуатация кислородного редуктора и техника безопасности.

Информацию о устройстве, хранении и технике безопасности кислородных баллонов читайте в этой статье.

На кислородных баллонах должна быть дата последней проверки, в случае её просрочки нельзя начинать работы. Проверяйте напорные рукава (шланги) на наличие трещин и надежного крепления к редуктору, баллону и резаку.

Газорезчик должен пользоваться защитной спецодеждой, проводить резку в вентилируемых помещениях и обеспечить место резки первичными средствами пожаротушения (огнетушители).

Оставьте комментарий