Газовая сварка(сварная опора)

 

Рюмин В.А. Газовая сварка (сварная опора)

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

Значение сварки в промышленности Казахстана

Сварка является одним  из ведущих технологических процессов  в машиностроении и в строительстве. Трудно назвать отрасль хозяйства, где бы, не применялась сварка.

Сварка позволила внести коренные изменения в технологию производства, создать принципиально новые конструкции машин. Например, применение сварных конструкций вместо клепаных в строительстве позволило экономить около 20% металла, снизить на 5–30% трудоемкость изготовления конструкций.

Сварка универсальна: этим способом могут соединяться металл изделиях различных размеров при толщине соединяемого металла от сотых долей миллиметра до метров, при массе изделия от долей грамм до сотен и тысяч тонн. Размеры сварных изделий могут быть от долей миллиметра (приборы электроники) до гигантских размеров(пролетные конструкции железнодорожных и шоссейных мостов, корпуса океанских лайнеров, трубопроводы длиною в тысячи километров).

Сваркой можно соединять  не только металлы, но и некоторыедругие  материалы (стекло, керамику, пластмассы). Возможна сварка разнородных металлов, например, стали с медью или алюминием.

Можно сваривать и совершенно разнородные материалы, например, металлы  со стеклом.

В условиях непрерывного усложнения конструкций, неуклонногороста объема сварочных работ большую рольиграет правильное проведение технологической  подготовкипроизводства, в значительной степени, определяющей его трудоемкостьи сроки освоения, экономическиепоказатели, использование средствмеханизации и автоматизации. Наибольший эффект технологическойподготовки достигается при комплексном решении вопросовтехнологической обработки самих конструкций, разработкитехнологических процессов и их оснащения на всехэтапахпроизводства.

Поскольку разнообразны применение и характер изготовляемыхизделий, освоение сварки требует знаний пометаллургии  и металловедению, машиностроению, электротехнике, физике, химии, прочностиматериалов и их свойств, при различныхтемпературах, прочности сварных конструкций, автоматизациипроизводственных процессов, начинаяс простейших автоматов иполуавтоматов и кончая работами, имитирующими рабочие приемычеловека.

 

 

История развития

 

Газовая сварка основана на использовании для расплавления металла пламени сжигаемых в  специальных горелках горючих газов. 
Родиной этого способа является Франция. В конце XIX века была создана газовая горелка, работающая на смеси водорода и кислорода. Однако эксплуатировать такие горелки было опасно из-за возможности проникновения пламени в резервуар с водородно-кислородной смесью и ее взрыва. 
В последующем, такая горелка была усовершенствована французским химиком Сент-Клер Девилем, разместившим водород и кислород в разные резервуары со смешанием этих газов уже в самой горелке. Однако получаемое при этом пламя имело недостаточную температуру (-2200 °С) для сварки.Развитие промышленного способа газовой сварки стало возможным благодаря двум обстоятельствам: во-первых, открытию метода получения горючего газа ацетилена из карбида кальция, во-вторых, — получению в 1895 г. французским химиком Анри Луи ЛеШателье высокотемпературного пламени при сжигании смеси ацетилена и кислорода. 
Позже, в 1901 г., французскими инженерами Эдмоном Фуше и Шарлем Пикаром была сконструирована газосварочная горелка, работающая на ацетилено-кислородной смеси. Предложенная ими конструкция газосварочной горелки практически не изменилась до настоящего времени. 
Изобретатели газовой сварки назвали ее автогенной, т.е. «самопроизводящейся». Это не столь удачное название употребляется иногда и в настоящее время. 
В начальный период развития газовой сварки на предприятиях Москвы, Санкт-Петербурга, Киева и других городов действовало небольшое число газосварочных постов, в основном в ремонтных железнодорожных мастерских и на некоторых машиностроительных заводах. После создания в 1931 г. Московского автогенного завода, выпускавшего аппаратуру для газовой сварки и резки металлов, применение этого способа соединения деталей значительно расширилось.

Большую роль в развитии газовой сварки, а точнее сказать, газопламенной обработки, сыграл Всесоюзный научно-исследовательский институт автогенной обработки — ВНИИавтоген (впоследствии ВНИИавтогенмаш), который  наряду с совершенствованием технологии и оборудования для этого процесса, достиг значительных успехов в развитии кислородной резки, нанесении газопламенных покрытий, поверхностной закалки и пр. 
 
Для успешной газовой сварки большинства материалов и сплавов, температура сварочного пламени должна быть не менее 3000 °С. Из многочисленных горючих газов, этому условию удовлетворяет только ацетилен  . Его получают в специальных ацетиленовых генераторах, где протекает взаимодействие карбида кальция   с водой по реакции 
 (2.5) 
Карбид кальция — твердое и тугоплавкое кристаллическое вещество, образуется при сплавлении извести (СаО) с углем (С) в дуговых электрических печах: 
 (2.6) 
Для достижения наивысшей температуры при сгорании ацетилена используется почти чистый кислород (97 — 98 % кислорода), который получают из атмосферного воздуха на специальных установках и поставляют потребителю в стальных баллонах под давлением 15 МПа (150 кг/см²). 
В практике газовой сварки нашли широкое промышленное применение сварочные горелки инжекторные или низкого давления. Схема такой горелки показана на рис. 2.19. 
По шлангу через ниппель 1 и регулировочный вентиль 2 в инжектор 3 горелки поступает кислород под давлением 0,3 — 0,4 МПа (3 — 4 кг/см²). Струя кислорода, выходя с большой скоростью из узкого канала инжектора, инжектирует (подсасывает) ацетилен, подводимый к горелке по шлангу через ниппель 10 под небольшим давлением — менее 0,05 МПа. В смесительной камере 4 кислород смешивается с ацетиленом, откуда смесь по смесительной трубке 5 движется к наконечнику 6 горелки. 
 
При выходе из канала наконечника смесь поджигается, Зуя сварочное пламя сложной структуры. Нормальное чное пламя имеет три характерных зоны; первая зона 7 Со средней температурой 1500 °С, где происходит распад ацетилена (С2Н2 = 2С + Н?}, вторая зона 8, где ацетилен взаимодействует с кислородом, поступающим из горелки (по реакции С2Н2 + О2 = 2СО + Н2). В результате температура пламени возрастает до 3100 °С, причем продукты сгорания обладают восстановительными свойствами. Наконец, в третьей зоне — факел пламени 9 — идет процесс сгорания водорода и окисления СО (по реакции СО + Н2 + 3/2 О2 = = 2СО2 + НаО) за счет кислорода атмосферного воздуха. Температура факела — около 1200 °С. Обычно газосварщик работает на второй зоне пламени (восстановительной), имея возможность следить за характером пламени, корректировать состав смеси ацетиленовым вентилем горелки. 
 
 
 
 
Рис. 1. Конструктивная схема инжекторной горелки и строение сварочного пламени. 
Газовую сварку можно выполнять в любом пространственном положении, однако, в отличие от дуговой сварки, нагрев металла пламенем замедленный, «мягкий». Для формирования шва используется присадочный пруток. 
К несомненным достоинствам газовой сварки относятся: 
простота образования высокотемпературного пламени и легкость его регулирования; 
универсальность способа, позволяющая использовать его везде, в том числе и в полевых условиях. 
К числу существенных недостатков газовой сварки можно отнести следующие: 
низкая производительность процесса; 
значительный разогрев металла вблизи шва, создающий большую зону термического влияния с крупным зерном, что снижает прочностные свойства сварных соединений. 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХАРАКТЕРИСТИКА  МЕТАЛЛА ВСт2кп

 

Марка :	ВСт2кп
Классификация :	Сталь конструкционная низкоуглеродистая обыкновенного качества, хорошо свариваемая, по степени раскисления слабо раскислённая, кипящая (кп), поставляется по регламентированным химическому составу и механическимсвойствам (В), номер стали (2) указывает на содержание углерода
Продукция, предлагаемая предприятиями-рекламодателями:   Нет данных.
Применение:	неответственные детали повышенной пластичности, малонагруженные элементы сварных конструкций, работающие при  постоянных нагрузках и положительных  температурах.

 
 
Химический  состав в % материала   ВСт2кп

ГОСТ   380 - 71

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.09 - 0.15	до   0.07	0.25 - 0.5	до   0.3	до   0.05	до   0.04	до   0.3	до   0.3	до   0.08

 
 
Температура критических точек  материала ВСт2кп.

Ac1 = 735 ,      Ac3(Acm) = 854 ,       Ar3(Arcm) = 835 ,       Ar1 = 682

 
 
Технологические свойства материала  ВСт2кп .

Свариваемость:	без ограничений.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

 
 
Механические  свойства при Т=20^oС материала ВСт2кп .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Прокат горячекатан.	до 20		320-410	215	33
Прокат горячекатан.	20 - 40		320-410	205	32

 
 
Физические  свойства материала  ВСт2кп .

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20				7850

 

ОБОЗНАЧЕНИЯ:                                                                      Механические  свойства:
sв	- Предел кратковременной  прочности , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной  деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение  при разрыве , [ % ]
y	- Относительное сужение  , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж  / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]

Физические  свойства :
T	- Температура, при которой  получены данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости первого  рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность материала  , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость  материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость :
без ограничений	- сварка производится  без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая	- сварка возможна при  подогреве до 100-120 град. и последующей  термообработке
трудносвариваемая	- для получения качественных  сварных соединений требуются  дополнительные операции: подогрев  до 200-300 град. при сварке, термообработка  после сварки – отжиг

 

 

 

2.Конструктивная  часть

 

Состав конструкции, ее характеристика

 

Сварной узел «Опора», имеет  габаритные размеры 240x120x60, состоит из двух деталей плиты поз.1 размером 240x120, скобы поз. 2 размером 140x50, длина развёртке составляет 200мм.

 

T-6

K₁ = 8мм

K₂ = 10мм

K₃ = 5мм

K₄ =10мм

Расчет

F₁=*K₃*K₄=*5*10=25мм²

F₂=*K₁*K₂=*8*10= 40мм²

F₃=10*2=20мм

F₄=1.05.1.5*C=1.05*1.5*5.47=8.61мм²

C=²=5,47мм

F_n=F₁+F₂+F₃+F₄=25+40+20+8.61=93.61мм²

V_n=F_n*L_ж=93,61*240= 22466,4мм³

L=120*2=240мм

G_n=V_ж*k= 22466.4*140=31452

k=1.351.45.

Выход ацетилена, кислорода, сварной проволоки на 1 метр сварного шва

Ацетилен 8S

8*10=80мм

80/4=20дц³

Кислород 9,5S

9,5*10=95мм

95/4=23,75дц³

Сворная проволока 10S

10*10=100мм

10/4=25дц³

 

 

Сварные соединения и швы

 

Сварным соединением называют элемент сварной конструкции,состоящей из двух или нескольких деталей конструкции и сварногошва, соединяющего эти детали.Сварные соединения бывают стыковыми, угловыми, тавровыми инахлёстачными.

Тавровый шов -это для моей конструкции называется сварное соединение, в котором к боковойповерхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцомдругой элемент (табл. 1.1).__

По форме подготовки кромок свариваемых деталей тавровыесоединения бывают без скоса кромок, с одним  и с двумя скосами однойкромки.

По выполнению тавровые соединения могут быть односторонниеидвусторонние, а по протяженности – сплошные и прерывистые.

 

 

Таблица 1.1

Основные типы сварных  соединений

 

 

Элементами  геометрической формы подготовки кромок под сварку являются: угол разделки кромок α; угол скоса кромкиβ (3050º); зазор между стыкуемыми кромками b; притупление кромокc;длина скоса листа при наличии разности толщинL; смещение кромокотносительно друг другаΔ.

Угол  разделки кромокα=(60–90º) (рис. 1.1)выполняется притолщине металла более 3 мм, поскольку его отсутствие (разделкикромок)может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также кперегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок дляобеспечения провара электросварщик всегда стараетсяувеличить величину сварочного тока.

Разделка кромок позволяет  вести сварку отдельными слояминебольшого сечения, что улучшает структуру  сварного соединения иуменьшает возникновение  сварочных напряжений и деформации.

Зазор b,правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения приналожении первого (корневого) слоя шва, если подобрансоответствующий режим сварки. b=1…4 мм в зависимости от толщиныметалла.