Рецензент материалов ПУМ

ПРОГРАММНО-УЧЕБНЫЙ

Программно-учебный модуль (ПУМ) создан в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования для профессии «Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))» из списка ТОП-50 и для специальности «Сварочное производство».

В состав ПУМ входят:

§ теоретические материалы, необходимые для освоения профессионального навыка по компетенции «Сварочные технологии»;

§ контрольно-оценочные средства: 40 заданий, позволяющих организовать текущий контроль знаний с визуализацией результата.

ПУМ входит в комплект «Сварочные технологии», получивший положительное экспертное заключение федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральный институт развития образования» (ФГБУ «ФИРО»).

Автор материалов для ПУМ

· В. В. Овчинников — доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «Московский политехнический университет», академик международной академии информатизации, отличник изобрета­тельства авиационной промышленности.

Рецензент материалов ПУМ

· К. А. Хайбуллов — кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии машиностроения» ФГБОУ ВО «Московский государственный технологический университет “СТАНКИН“».

Версия 2.2.0.0

· © «Академия-Медиа», 2020

· © Издательский центр «Академия», 2020

· © Образовательно-издательский центр «Академия», 2020

 

 

Предисловие

Учеб­ный ма­тери­ал, из­ло­жен­ный в прог­рам­мно-учеб­ном мо­дуле, вхо­дит в сос­тав ос­новной про­фес­си­ональной об­ра­зова­тельной прог­раммы по про­фес­сии 15.01.05 «Свар­щик (руч­ной и час­тично ме­хани­зиро­ван­ной свар­ки (нап­лавки))» и раз­ра­ботан в со­от­ветс­твии с тре­бова­ни­ями ФГОС сред­не­го про­фес­си­онально­го об­ра­зова­ния по ука­зан­ной про­фес­сии, ут­вер­жден­но­го При­казом № 50 Ми­нис­терс­тва об­ра­зова­ния и на­уки Рос­сийской Фе­дера­ции от 29 ян­ва­ря 2016 г.

Изу­чение дан­но­го учеб­но­го ма­тери­ала нап­равле­но на ос­во­ение та­кого ви­да де­ятельнос­ти, как вы­бор ре­жимов руч­ной ду­говой, ду­говой в за­щит­ных га­зах и га­зовой свар­ки (нап­лавки, рез­ки), фор­ми­ру­ет со­от­ветс­тву­ющие про­фес­си­ональные ком­пе­тен­ции и поз­во­ля­ет вы­пол­нять:

§ га­зовую свар­ку;

§ руч­ную ду­говую свар­ку;

§ ду­говую свар­ку неп­ла­вящим­ся и пла­вящим­ся элек­тро­дами в за­щит­ном га­зе.

 

ГЛАВА 1. ГАЗОВАЯ СВАРКА

1.1Образование сварочного пламени

Ре­ак­ция го­рения про­тека­ет обыч­но при со­еди­нении твер­дых, жид­ких или га­зо­об­разных ве­ществ с кис­ло­родом. Го­рение лю­бой га­зовой сме­си на­чина­ет­ся с вос­пла­мене­ния ее при ка­кой-то оп­ре­делен­ной тем­пе­рату­ре, за­вися­щей от ус­ло­вий про­цес­са го­рения. Пос­ле то­го как го­рение на­чалось, дальнейший наг­рев га­за внеш­ним ис­точни­ком теп­ло­ты ста­новит­ся из­лишним, так как теп­ло­та га­за ока­зыва­ет­ся дос­та­точ­ной для под­держа­ния го­рения но­вых пор­ций го­рючей сме­си.

Ус­тойчи­вый про­цесс го­рения воз­мо­жен лишь в том слу­чае, ес­ли вы­деля­ющейся при сго­рании го­рючей сме­си теп­ло­ты дос­та­точ­но и для наг­ре­ва но­вых пор­ций га­за, и для ком­пенса­ции по­терь теп­ло­ты в ок­ру­жа­ющую сре­ду. Не­об­хо­димое ус­ло­вие го­рения га­за в кис­ло­роде или в воз­ду­хе — со­дер­жа­ние го­рюче­го га­за в сме­си в оп­ре­делен­ных пре­делах, на­зыва­емых пре­дела­ми вос­пла­мене­ния.

В за­виси­мос­ти от ско­рос­ти вос­пла­мене­ния го­рючей сме­си (ско­рос­ти рас­простра­нения пла­мени) раз­ли­ча­ют сле­ду­ющие три ви­да го­рения: спо­койное — со ско­ростью рас­простра­нения пла­мени, не пре­выша­ющей 10…15 м/с; взрыв­ча­тое — со ско­ростью рас­простра­нения пла­мени, дос­ти­га­ющей нес­кольких со­тен мет­ров в се­кун­ду; де­тона­ци­он­ное — со ско­ростью рас­простра­нения пла­мени свы­ше 1000 м/с.

Ско­рость вос­пла­мене­ния (ско­рость рас­простра­нения пла­мени) за­висит от сос­та­ва га­зовой сме­си, дав­ле­ния, под ко­торым га­зовая смесь на­ходит­ся, ха­рак­те­ра и объема про­странства, в ко­тором про­ис­хо­дит го­рение, тер­мо­меха­ничес­ких ус­ло­вий на его гра­нице, от чис­то­ты го­рюче­го га­за и кис­ло­рода. С уве­личе­ни­ем со­дер­жа­ния в них при­месей ско­рость вос­пла­мене­ния уменьша­ет­ся.

При­меня­емые в про­цес­сах га­зоп­ла­мен­ной об­ра­бот­ки го­рючие га­зы пред­став­ля­ют со­бой пре­иму­щес­твен­но сме­си уг­ле­водо­родов с дру­гими га­зами. Из всех го­рючих га­зов в чис­том ви­де при­меня­ет­ся только во­дород. Все го­рючие га­зы, со­дер­жа­щие уг­ле­водо­роды, об­ра­зу­ют пла­мя со све­тящим­ся яд­ром, ана­логич­ным по стро­ению аце­тиле­но-кис­ло­род­но­му пла­мени. Чем больше уг­ле­рода в сос­та­ве го­рюче­го га­за, тем рез­че очер­че­но све­тяще­еся яд­ро пла­мени. В от­ли­чие от уг­ле­водо­род­ных га­зов во­дород­но-кис­ло­род­ное пла­мя све­тяще­гося яд­ра не об­ра­зу­ет, что зат­рудня­ет ре­гули­ров­ку пла­мени по внеш­не­му ви­ду.

Кро­ме аце­тиле­на к го­рючим га­зам, об­ра­зу­ющим пла­мя со све­тящим­ся яд­ром, от­но­сят­ся ме­тан, про­пан, бу­тан, про­пан-бу­тано­вые сме­си, при­род­ные га­зы, неф­тя­ной газ, пи­ролиз­ный газ и др.

1.2Строение сварочного пламени

Про­цесс го­рения го­рюче­го га­за на­чина­ет­ся с его вос­пла­мене­ния при оп­ре­делен­ной тем­пе­рату­ре, за­вися­щей от ус­ло­вий, в ко­торых про­тека­ет про­цесс го­рения. Пос­ле на­чала го­рения дальнейший наг­рев га­за от внеш­не­го ис­точни­ка не ну­жен, ес­ли вы­деля­емой при го­рении теп­ло­ты дос­та­точ­но для под­держа­ния го­рения но­вых пор­ций го­рючей сме­си и ком­пенса­ции по­терь теп­ло­ты в ок­ру­жа­ющую сре­ду.

В за­виси­мос­ти от хо­да ре­ак­ции сго­рания аце­тиле­на сва­роч­ное аце­тиле­но-кис­ло­род­ное пла­мя име­ет оп­ре­делен­ную фор­му (рис. 1.1). Пла­мя мож­но раз­де­лить на три зо­ны: яд­ро 1, сред­няя зо­на 2 и фа­кел 3.

Рис. 1.1.Строение сварочного пламени:
а — пламя нормальное; б — пламя окислительное (с избытком кислорода); в — пламя науглероживающее (с избытком ацетилена); 1 — ядро; 2 — средняя зона; 3 — факел

Во внут­ренней час­ти яд­ра 1 пла­мени про­ис­хо­дит пос­те­пен­ный по­дог­рев до тем­пе­рату­ры вос­пла­мене­ния га­зовой сме­си, пос­ту­па­ющей из мунд­шту­ка. В яд­ре пла­мени про­ис­хо­дит тер­ми­чес­кое раз­ло­жение аце­тиле­на, ко­торое ус­ко­ря­ет­ся за счет при­сутс­твия в яд­ре кис­ло­рода, по­дава­емо­го в го­рел­ку. Аце­тилен в яд­ре пла­мени раз­ла­га­ет­ся по ре­ак­ции

С₂Н₂ + О₂ ® 2С + Н₂ + О₂

Об­ра­зу­ющийся уг­ле­род пред­став­ля­ет со­бой мельчайшие твер­дые час­ти­цы, ок­ру­жа­ющие тон­ким рас­ка­лен­ным сло­ем яд­ро пла­мени, вы­зывая его све­чение. Обо­лоч­ка яд­ра яв­ля­ет­ся са­мой яр­кой частью сва­роч­но­го пла­мени с тем­пе­рату­рой око­ло 1500°С. По внеш­не­му ви­ду яд­ра ви­зу­ально оце­нива­ют сос­тав га­зовой сме­си и ис­прав­ность сва­роч­ной го­рел­ки.

В сред­ней зо­не 2 пла­мени про­тека­ет не­пол­ное окис­ле­ние уг­ле­рода кис­ло­родом, на­ходя­щим­ся в сме­си, по ре­ак­ции

2С + Н₂ + О₂ ® 2СО + Н₂

Теп­ло­та, вы­деля­юща­яся при этой ре­ак­ции, спо­собс­тву­ет по­дог­ре­ву сме­си и ус­ко­рению про­тека­ющих в ней окис­ли­тельных про­цес­сов. Как вид­но на рис. 1.2, сред­няя зо­на 2 ха­рак­те­ризу­ет­ся мак­си­мальной тем­пе­рату­рой. В фа­келе 3 пла­мени про­ис­хо­дит до­гора­ние ок­си­да уг­ле­рода и во­доро­да при вза­имо­действии их с кис­ло­родом, пос­ту­па­ющим из воз­ду­ха:

2СО + Н₂ + 1,5О₂ «2СО₂ + Н₂О

Рис. 1.2.Распределение температуры t по оси ацетилено-кислородного пламени:
1 — ядро; 2 — средняя зона; 3 — факел; l — длина пламени, мм

При этом вы­деля­ет­ся большое ко­личес­тво теп­ло­ты. Од­на­ко из-за большо­го объема зо­ны фа­кела 3 тем­пе­рату­ра в ней ни­же, чем в сред­ней зо­не 2.

Для об­ра­зова­ния нор­мально­го пла­мени (рис. 1.1, а) и пол­но­го сго­рания аце­тиле­на не­об­хо­димо на каж­дый его объем V _а, мм³, под­во­дить в го­рел­ку та­кой же объем кис­ло­рода V _к, мм³, т.е. дол­жно соб­лю­даться от­но­шение

b = V _к/ V _а = 1.

Нор­мальное пла­мя по­луча­ют при b = 1,1…1,3. При уве­личе­нии это­го от­но­шения (b > 1,3) пла­мя име­ет окис­ли­тельный ха­рак­тер (окис­ли­тельное пла­мя), так как оно со­дер­жит из­бы­точ­ный кис­ло­род, окис­ля­ющий ме­талл. В этом слу­чае яд­ро пла­мени уко­рачи­ва­ет­ся, ста­новит­ся за­ос­трен­ным, с ме­нее рез­ки­ми очер­та­ни­ями (рис. 1.1, б), блед­не­ет и при­об­ре­та­ет си­нева­тую ок­раску.

При уменьше­нии ко­личес­тва пос­ту­па­юще­го кис­ло­рода (из­бы­ток аце­тиле­на) по­луча­ет­ся на­уг­ле­рожи­ва­ющее пла­мя (рис. 1.1, в). Объем сред­ней зо­ны при этом уве­личи­ва­ет­ся, яд­ро ста­новит­ся рас­плыв­ча­тым, и за ним по­яв­ля­ет­ся «аце­тиле­новое пе­ро» зе­лено­вато­го цве­та. При зна­чительном из­бытке аце­тиле­на час­ти­цы уг­ле­рода по­яв­ля­ют­ся и в на­руж­ной зо­не, пла­мя ста­новит­ся коп­тя­щим, уд­ли­ня­ет­ся и при­об­ре­та­ет крас­но­ватую ок­раску.

На рис. 1.3 пред­став­ле­на за­виси­мость мак­си­мальной тем­пе­рату­ры пла­мени от сос­та­ва га­зовой сме­си (со­дер­жа­ния в ней кис­ло­рода). На­ивыс­шая тем­пе­рату­ра пла­мени и на­ивыс­шая про­из­во­дительность свар­ки наб­лю­да­ют­ся при не­кото­ром из­бытке кис­ло­рода в сме­си по срав­не­нию с нор­мальным пла­менем. Мак­си­мальную тем­пе­рату­ру для дос­та­точ­но чис­то­го кис­ло­рода и аце­тиле­на мож­но при­нять рав­ной 3100…3 200°С.

Рис. 1.3.Зависимость максимальной температуры пламени горелки t от содержания кислорода в газовой смеси

Сво­бод­ный уг­ле­род, об­ра­зу­ющийся в аце­тиле­новом пла­мени, мо­жет пог­ло­щаться рас­плав­ленным ме­тал­лом, по­это­му та­кое пла­мя и на­зыва­ет­ся на­уг­ле­рожи­ва­ющим. Оно име­ет бо­лее низ­кую тем­пе­рату­ру по срав­не­нию с тем­пе­рату­рой нор­мально­го или окис­ли­тельно­го пла­мени.

Стро­ение пла­мени га­зов — за­мени­телей аце­тиле­на, в сос­тав ко­торых вхо­дят уг­ле­водо­роды, су­щес­твен­но не от­ли­ча­ет­ся от стро­ения аце­тиле­но-кис­ло­род­но­го пла­мени, но име­ет ме­нее чет­ко вы­ражен­ное све­тяще­еся яд­ро, что зат­рудня­ет ре­гули­рова­ние сос­та­ва пла­мени по внеш­не­му ви­ду.

 

1.3Тепловые характеристики сварочного пламени

Тем­пе­рату­ра пла­мени — один из важ­нейших па­рамет­ров, оп­ре­деля­ющих его теп­ло­вые свойства. Чем вы­ше тем­пе­рату­ра, тем эф­фектив­нее наг­рев и плав­ле­ние ме­тал­ла.

Не­од­но­род­ность сос­та­ва пла­мени вдоль его оси и в по­переч­ном се­чении вы­зыва­ет раз­ли­чие в тем­пе­рату­ре от­дельных его зон. У большинс­тва уг­ле­водо­род­ных га­зов наи­выс­шая тем­пе­рату­ра пла­мени наб­лю­да­ет­ся в не­пос­редс­твен­ной бли­зос­ти к яд­ру — в сред­ней зо­не пла­мени. Так как сред­няя зо­на, имея в сво­ем сос­та­ве ок­сид уг­ле­рода и во­дород, об­ла­да­ет к то­му же и вос­ста­нови­тельны­ми свойства­ми, то свар­ку, ес­тес­твен­но, осу­щест­вля­ют имен­но этой зо­ной, рас­по­лагая го­рел­ку так, что­бы яд­ро пла­мени от­сто­яло от по­вер­хнос­ти ме­тал­ла на рас­сто­янии 2…3 мм.

Су­щес­твен­ное вли­яние на тем­пе­рату­ру пла­мени ока­зыва­ет со­от­но­шение сме­си го­рюче­го га­за с кис­ло­родом (b). С уве­личе­ни­ем b мак­си­мум тем­пе­рату­ры воз­раста­ет и сме­ща­ет­ся вле­во, в сто­рону мунд­шту­ка го­рел­ки, что объяс­ня­ет­ся уве­личе­ни­ем ско­рос­ти про­тека­ния про­цес­са го­рения сме­си при из­бы­точ­ном со­дер­жа­нии в ней кис­ло­рода.

Тем­пе­рату­ра аце­тиле­но-кис­ло­род­но­го пла­мени сва­роч­ной го­рел­ки с удельным рас­хо­дом аце­тиле­на 250…400 дм³/ч при со­от­но­шении сме­си га­зов b = 1,1…1,2 на раз­личных рас­сто­яни­ях от внут­ренне­го яд­ра пла­мени сле­ду­ющая:

Рас­сто­яние, мм	3	4	11	25
Тем­пе­рату­ра, °С	3050…3150	2850…3050	2650…2850	2450…2650

Тем­пе­рату­ра пла­мени су­щес­твен­но из­ме­ня­ет­ся с из­ме­нени­ем со­от­но­шения сме­си, дос­ти­гая мак­си­мальных зна­чений при по­вышен­ном со­дер­жа­нии кис­ло­рода.

Наг­рев ме­тал­ла пла­менем обус­ловлен вы­нуж­денным кон­вектив­ным и лу­чис­тым теп­ло­об­ме­ном меж­ду по­током го­рючей сме­си пла­мени и соп­ри­каса­ющим­ся с ним учас­тком по­вер­хнос­ти ме­тал­ла. Лу­чис­тый теп­ло­об­мен не­велик и сос­тавля­ет 5…10% об­ще­го теп­ло­об­ме­на пла­мени и ме­тал­ла. Сва­роч­ное пла­мя мож­но рас­смат­ри­вать как кон­вектив­ный теп­ло­об­менный ис­точник.

Ин­тенсив­ность вы­нуж­денно­го кон­вектив­но­го теп­ло­об­ме­на за­висит от раз­ности тем­пе­ратур пла­мени и наг­ре­ва­емой по­вер­хнос­ти ме­тал­ла и от ско­рос­ти пе­реме­щения по­тока пла­мени от­но­сительно этой по­вер­хнос­ти.

В об­щем ви­де удельный теп­ло­вой по­ток пла­мени q ₂, кДж/(см² × с), пред­став­ля­ющий со­бой ко­личес­тво теп­ло­ты, вво­димой пла­менем за еди­ницу вре­мени че­рез еди­ницу пло­щади наг­ре­ва­емой по­вер­хнос­ти ме­тал­ла:

q ₂ = а (Т _п - Т),

где а — ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­об­ме­на меж­ду пла­менем и ме­тал­лом, рав­ный сум­ме ко­эф­фи­ци­ен­тов вы­нуж­денно­го кон­вектив­но­го и лу­чис­то­го теп­ло­об­ме­на, кДж/(см² × с × К), в про­цес­се наг­ре­ва ме­тал­ла и уве­личе­ния его тем­пе­рату­ры уменьша­ет­ся; Т _п — тем­пе­рату­ра по­тока га­зов пла­мени, °С; Т — тем­пе­рату­ра по­вер­хнос­ти ме­тал­ла, на ко­торую нап­равлен по­ток пла­мени, °С.

Нап­равлен­ный на по­вер­хность ме­тал­ла га­зовый по­ток пла­мени де­фор­ми­ру­ет­ся и, рас­те­ка­ясь, наг­ре­ва­ет зна­чительный по раз­ме­рам учас­ток по­вер­хнос­ти ме­тал­ла. Этот учас­ток по­вер­хнос­ти на­зыва­ют пят­ном наг­ре­ва. Рас­пре­деле­ние удельно­го теп­ло­вого по­тока пла­мени по пят­ну наг­ре­ва за­висит от уг­ла нак­ло­на пла­мени, рас­сто­яния от соп­ла до наг­ре­ва­емо­го ме­тал­ла и сред­ней ско­рос­ти ис­те­чения го­рючей сме­си из соп­ла го­рел­ки.

Эф­фектив­ная теп­ло­вая мощ­ность пла­мени q, Дж/с, есть ко­личес­тво теп­ло­ты, вво­димой пла­менем в ме­талл за еди­ницу вре­мени, она за­висит в ос­новном от рас­хо­да го­рюче­го га­за, с уве­личе­ни­ем ко­торо­го она воз­раста­ет (рис. 1.4).

Рис. 1.4.Эффективная тепловая мощность пламени q в процессе нагрева металла в зависимости от расхода ацетилена V _а при скорости сварки 30 м/ч, толщине стали 6 мм

Эф­фектив­ность наг­ре­ва ме­тал­ла га­зовым пла­менем оце­нива­ет­ся эф­фектив­ным КПД h_и, %, пред­став­ля­ющим со­бой от­но­шение эф­фектив­ной мощ­ности пла­мени q, Дж/с, к пол­ной теп­ло­вой мощ­ности пла­мени q _и, Дж/с, под­счи­тыва­емой по низ­шей теп­ло­те сго­рания го­рюче­го:

h_и = (q / q _и) × 100.

Из дан­ных гра­фика (рис. 1.5), пос­тро­ен­но­го для раз­личных рас­хо­дов аце­тиле­на (обес­пе­чива­емых семью но­мера­ми на­конеч­ни­ков прос­той сва­роч­ной го­рел­ки), сле­ду­ет, что с уве­личе­ни­ем рас­хо­да аце­тиле­на вследс­твие из­ме­нения ус­ло­вий теп­ло­об­ме­на пла­мени с по­вер­хностью ме­тал­ла эф­фектив­ный КПД пла­мени h_и, а сле­дова­тельно, и эф­фектив­ность наг­ре­ва па­да­ют.

Рис. 1.5.Эффективный КПД пламени h_и в зависимости от расхода ацетилена V _а

Ос­новным па­рамет­ром, оп­ре­деля­ющим про­из­во­дительность про­цес­са проп­лавле­ния, яв­ля­ет­ся рас­ход го­рюче­го га­за.

Пол­ный КПД при га­зовой свар­ке мал. Ос­тальная теп­ло­та сжи­га­емо­го го­рюче­го со­ставля­ет раз­личные по­тери. При уве­личе­нии тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла или его теп­лопро­вод­ности сос­тавля­ющая рас­хо­да на его наг­рев вне рас­плав­ля­емой зо­ны уве­личи­ва­ет­ся.

Для проп­лавле­ния ме­тал­ла и уп­равле­ния фор­ми­рова­ни­ем сва­роч­ной ван­ны важ­но ме­хани­чес­кое дав­ле­ние пла­мени, дос­ти­га­ющее по оси сво­ей мак­си­мальной ве­личи­ны. В сва­роч­ных го­рел­ках большой мощ­ности дав­ле­ние га­зов пла­мени дос­ти­га­ет 0,01 МПа.

Га­зовая свар­ка плав­ле­ни­ем из-за ее меньшей про­из­во­дительнос­ти, теп­ло­вой эф­фектив­ности и слож­ности ав­то­мати­зации по срав­не­нию с ду­говой при­меня­ет­ся для свар­ки ста­ли ма­лой тол­щи­ны, чу­гуна и не­кото­рых цвет­ных ме­тал­лов. При большой тол­щи­не ме­тал­ла га­зовая свар­ка при­меня­ет­ся только в тех слу­ча­ях, ког­да по ка­ким-ли­бо при­чинам зат­рудне­но при­мене­ние элек­трос­варки. Про­из­во­дительность га­зовой свар­ки мож­но по­высить ра­ци­ональным ис­пользо­вани­ем теп­ло­вой мощ­ности пла­мени, в час­тнос­ти под­бо­ром мощ­ности и ре­гули­ров­кой, поз­во­ля­ющим по­лучать хо­рошее ка­чес­тво свар­ки при уве­личе­нии ее ско­рос­ти, а так­же ис­пользо­вани­ем в не­кото­рых слу­ча­ях теп­ло­ты от­хо­дящих га­зов фа­кела пла­мени.

При наг­ре­ве пла­менем го­рел­ки про­ис­хо­дит мес­тное рас­плав­ле­ние ме­тал­ла со­еди­ня­емых де­талей. Рас­плав­ленный ме­талл кро­мок вмес­те с ме­тал­лом при­сад­ки об­ра­зу­ет сва­роч­ную ван­ну. Сва­роч­ная ван­на на­ходит­ся в гра­ницах, оп­ре­деля­емых твер­дым ме­тал­лом. Жид­кий ме­талл сма­чива­ет кром­ки де­талей, уда­ля­ет плен­ку, пок­ры­ва­ющую их, и соз­да­ет воз­можность про­яв­ле­ния сил ме­жатом­но­го вза­имо­действия.

В про­цес­се свар­ки га­зовое пла­мя пе­реме­ща­ет­ся вдоль кро­мок со­еди­ня­емых де­талей. Вмес­те с ним пе­реме­ща­ет­ся и сва­роч­ная ван­на. В ре­зульта­те пос­ле­дова­тельно­го ох­лажде­ния и зат­верде­вания ме­тал­ла сва­роч­ной ван­ны об­ра­зу­ет­ся свар­ное со­еди­нение.

Объем сва­роч­ной ван­ны мал по срав­не­нию с объемом со­еди­ня­емых де­талей, по­это­му про­ис­хо­дит ин­тенсив­ный от­вод теп­ло­ты. Для под­держа­ния ме­тал­ла сва­роч­ной ван­ны в жид­ком сос­то­янии и нор­мально­го про­тека­ния про­цес­са свар­ки не­об­хо­димо, что­бы ис­точник наг­ре­ва имел вы­сокую тем­пе­рату­ру и об­ла­дал большой теп­ло­вой мощ­ностью. При аце­тиле­но-кис­ло­род­ной свар­ке на по­лез­ный наг­рев ме­тал­ла зат­ра­чива­ет­ся лишь 10% от об­щей теп­ло­вой мощ­ности пла­мени, ос­тальное — на воз­ме­щение раз­личных по­терь теп­ло­ты.

 

1.4Сущность и режимы газовой сварки

Га­зовая свар­ка (3 Gas welding — ус­ловное обоз­на­чение про­цес­са сог­ласно ГОСТ Р ИСО 4063—2010 «Свар­ка и родс­твен­ные про­цес­сы. Пе­речень и ус­ловные обоз­на­чения про­цес­сов») — свар­ка плав­ле­ни­ем, при ко­торой для наг­ре­ва ис­пользу­ет­ся теп­ло­та го­рения го­рюче­го га­за или сме­си го­рючих га­зов и кис­ло­рода.

Сущ­ность про­цес­са га­зовой свар­ки сос­то­ит в том, что для наг­ре­вания и рас­плав­ле­ния сва­рива­емых кро­мок ос­новно­го ме­тал­ла и при­садоч­но­го ма­тери­ала ис­пользу­ет­ся сва­роч­ное пла­мя, об­ра­зу­юще­еся при сго­рании го­рючих га­зов в сме­си с кис­ло­родом. Схе­ма га­зовой свар­ки по­каза­на на рис. 1.6.

Рис. 1.6.Схема газовой сварки:
а — левый; б — правый; 1 — присадочный пруток; 2 — газовое пламя; 3 — шов; 4 — сварочная ванна; 5 — свариваемый металл; стрелками указано направление сварки

Га­зовое пла­мя 2 за­щища­ет рас­плав­ленную сва­роч­ную ван­ну 4 от воз­действия ок­ру­жа­ющей сре­ды. Под его действи­ем сва­рива­емые кром­ки ос­новно­го ме­тал­ла 5 рас­плав­ля­ют­ся од­новре­мен­но с при­садоч­ным прут­ком 1, ко­торый до­пол­ни­тельно вво­дит­ся в сва­роч­ное пла­мя. Пос­ле ос­ты­вания рас­плав­ленно­го ме­тал­ла об­ра­зу­ет­ся свар­ной шов 3. В за­виси­мос­ти от нап­равле­ния дви­жения го­рел­ки су­щес­тву­ет два спо­соба га­зовой свар­ки — ле­вый и пра­вый.

При ле­вом спо­собе (рис. 1.6, а), при­меня­емом на­ибо­лее час­то, пла­мя го­рел­ки на­прав­ля­ют на еще не сва­рен­ные кром­ки ме­тал­ла, а при­садоч­ную про­воло­ку пе­реме­ща­ют впе­реди пла­мени. Для рав­но­мер­но­го прог­ре­ва и пе­реме­щения сва­роч­ной ван­ны го­рел­ке и про­воло­ке со­об­ща­ют ко­леба­тельные дви­жения по­перек шва, ис­хо­дя из то­го, что­бы при дви­жении го­рел­ки в од­ну сто­рону про­воло­ка дви­галась бы в про­тиво­полож­ную сто­рону. Ле­вый спо­соб це­лесо­об­разно при­менять при свар­ке ме­тал­лов ма­лых тол­щин (до 4…5 мм), а так­же ме­тал­лов со срав­ни­тельно низ­кой тем­пе­рату­рой плав­ле­ния. При ле­вом спо­собе обес­пе­чива­ет­ся луч­шее фор­ми­рова­ние ме­тал­ла шва.

При пра­вом спо­собе свар­ки (рис. 1.6, б) пла­мя нап­равля­ют на уже сва­рен­ную часть шва, а про­воло­ку пе­реме­ща­ют вслед за пла­менем по спи­рали, при этом ко­нец ее не вы­нима­ют из ван­ны рас­плав­ленно­го ме­тал­ла. Го­рел­ку пе­реме­ща­ют пря­моли­нейно. По­переч­ные ко­леба­ния со­об­ща­ют го­рел­ке при пра­вом спо­собе свар­ки только де­талей большой тол­щи­ны. При­мене­ние пра­вого спо­соба свар­ки по­выша­ет про­из­во­дительность про­цес­са при од­новре­мен­ном сни­жении удельно­го рас­хо­да га­зов за счет бо­лее пол­но­го ис­пользо­вания теп­ло­ты пла­мени, а так­же уменьша­ет ко­роб­ле­ние ме­тал­ла из-за большей кон­цен­тра­ции наг­ре­ва.

При­садоч­ная про­воло­ка дол­жна со­от­ветс­тво­вать ос­новно­му ме­тал­лу по ме­хани­чес­ким свойствам и хи­мичес­ко­му сос­та­ву. Ди­аметр при­садоч­ной про­воло­ки d, мм, за­висит от выб­ранно­го спо­соба свар­ки и тол­щи­ны ос­новно­го ме­тал­ла S, мм. Для пра­вого спо­соба свар­ки d = S /2; для ле­вого спо­соба свар­ки d = (S /2) + 1.

Оп­ре­деля­ющим па­рамет­ром га­зовой свар­ки яв­ля­ет­ся но­мер на­конеч­ни­ка го­рел­ки, ко­торый обес­пе­чива­ет не­об­хо­димую мощ­ность пла­мени. Мощ­ность пла­мени М, дм³/(ч × мм), в за­виси­мос­ти от тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла и его теп­ло­физи­чес­ких свойств оп­ре­деля­ет­ся по фор­му­ле

М = СS,

где С — удельный теп­ло­вой ко­эф­фи­ци­ент рас­хо­да га­за на 1 мм тол­щи­ны ме­тал­ла, дм³/ч; S — тол­щи­на сва­рива­емо­го ме­тал­ла, мм.

Удельный теп­ло­вой ко­эф­фи­ци­ент рас­хо­да аце­тиле­на на 1 мм тол­щи­ны сва­рива­емо­го ме­тал­ла оп­ре­деля­ет­ся по табл. 1.1. Не­пос­редс­твен­ный но­мер на­конеч­ни­ка вы­бира­ют по табл. 1.2, в ко­торой пред­став­ле­ны тех­ни­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки ин­жектор­ных го­релок (ГОСТ 1077—79 «Го­рел­ки од­нопла­мен­ные уни­вер­сальные для аце­тиле­но-кис­ло­род­ной свар­ки, пайки и по­дог­ре­ва. Ти­пы, ос­новные па­рамет­ры и раз­ме­ры и об­щие тех­ни­чес­кие тре­бова­ния»).