Газопрессовая сварка

        Министерство образования ОмГТУ

Кафедра оборудования

Технология  сварочного производства

 

 

 

 

 

 

 Домашняя  работа по дисциплине

        «История развития машиностроения»

на тему:

«Газопрессовая сварка»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент 

 

Проверил доц.  к.т.н 

Шестель А.А.

 

 

 

 

 

Омск 2014

 

Содержание

 

1.Сущность газопрессовой сварки и ее особенности……………………….…..3

2.Оборудование для газопрессовой сварки……………………………………...7

3.Технология газопрессовой сварки……………………………………...…….10

Заключение……………………………………………………………………….15

Библиографический список……………………………………………………..16 
1. Сущность газопрессовой сварки и ее особенности

      Сварка может выполняться с доведением свариваемых кромок до расплавления (сварка плавлением), но для многих металлов она может быть выполнена и при твердом состоянии металла, с применением давления и пластического деформирования (сварка в пластическом состоянии).

Исследования  процесса сварки давлением показывают, что условия получения доброкачественных  соединений зависят не только от состава  и свойств металла; температуры и давления, являющихся основными параметрами режима сварки; но и от состояния свариваемых поверхностей (их степени обработки, чистоты и пр.).

Влияние температуры  сварки и величины давления на прочность  соединений при сварке низкоуглеродистой стали в нейтральной газовой атмосфере показано на рис. 70.

При улучшении  предварительной обработки поверхностей, подлежащих сварке, температура при  той же величине давления для получения  одинакового качества сварки может  быть несколько снижена.

Влияние состава стали на температурный режим сварки давлением (рис. 71) показывает, что при увеличении содержания углерода диапазон режимов, дающих доброкачественные сварные соединения, уменьшается. При этом нижний предел сварочных температур располагается выше температуры общей перекристаллизации почти для всех составов стали (исключая составы, близкие к чистому железу).

Сварка давлением  низкоуглеродистой стали применялась  еще в конце XIX века для изготовления ответственных сварных конструкций. Нагрев кромок и прилегающего к ним металла осуществлялся пламенем многосопловых горелок с горючей смесью водяного газа (СО + Н2 при некотором количестве паров Н2О) с воздухом. В связи с этим сам способ получил название сварки водяным газом. Сварка выполнялась на специальных машинах последовательным выполнением шва от участка к участку с приложением статического давления (на роликовых машинах) или ударами (проковкой на молотковых машинах).

Несмотря на некоторое зашлаковывание швов при  сварке этим способом больших толщин, котлы со сварными швами, выполненными сваркой водяным газом, работают и по настоящее время, находясь в эксплуатации около 50 лет.

Более современной  является газопрессовая сварка с  использованием более эффективного ацетилено-кислородного пламени. Газопрессовая сварка характеризуется предварительным выполнением цикла тепловой подготовки всего сечения, подлежащего сварке, с последующим единовременным сдавливанием по всей свариваемой поверхности.

Газопрессовая сварка подразделяется на сварку с  нагревом металла до пластического состояния и сварку с нагревом металла до оплавления.

Сварка в  пластическом состоянии выполняется  с применением нагрева пламенем многосопловой горелки, имеющей  форму, соответствующую боковой  поверхности свариваемого изделия. При этом металл вблизи свариваемого стыка прогревается до сварочной температуры и сдавливается до достижения необходимой величины осадки.

Этот способ применяется главным образом  для сварки встык труб или стержней (относительно небольшого диаметра), которые  можно прогреть пламенем горелки, располагаемой со стороны их боковой поверхности, до равномерной температуры во всем свариваемом сечении.

В некоторых  случаях для обеспечения равномерного прогрева сложного сечения (например, рельсового стыка), облегчения удаления окислов, образующихся на стыкуемых кромках, а также для упрощения подготовки кромок при развитых сечениях (например, при стыковании полос) является рациональным применение сварки с оплавлением кромок.

В этом случае нагрев металла вблизи кромок до температуры  сварочного жара сопровождается дополнительным нагревом металла на поверхности кромок до температуры плавления. При последующем сжатии жидкий металл выдавливается из зазора, и производится обычная сварка давлением металла, находящегося в твердом состоянии.

Длительность нагрева при сварке в пластическом состоянии зависит от толщины металла (или диаметра стержня); протяженность шва влияет только на конструкцию нагревающей горелки и мощность питающих газом устройств. В связи с этим производительность при этом способе мало зависит от длины шва. Так, например, время на сварку стыка труб 38 X 4,5 мм и 529 X 5,0 мм оказывается примерно одинаковым. Поэтому для ряда работ газопрессовая сварка является высокопроизводительным процессом, многие операции которого легко механизируются.

Газопрессовая сварка нашла применение для сварки стыков труб при монтаже магистральных  трубопроводов, а также для изготовления и ремонта ряда деталей из углеродистых сталей для подвижного состава железных дорог.

 

 

2. Оборудование для газопрессовой сварки

Для газопрессовой  сварки применяются установки, состоящие из следующих основных частей:

1) станка с механизмами  для зажатия свариваемых деталей и осадки в процессе сварки;

2) горелки для осуществления сварочного нагрева;

3) системы питания газами, водой (для охлаждения) и воздухом (в случае применения пневматических устройств).

Зажатие и осадка деталей  в станке в зависимости от размеров свариваемых деталей и необходимой  величины осевого давления при сварке осуществляется ручным способом (с  помощью пневматических устройств) или механизированно (с помощью гидравлических устройств).

Выбор способа зажатия  и осадки зависит от величины максимальных усилий, которые требуются для  выполнения этих операций применительно  к размерам сечений свариваемых  на данном станке деталей. При этом усилия для зажатия должны примерно вдвое превышать усилия для осадки. Усилия для осадки зависят в основном от свариваемого металла. Так, при сварке низкоуглеродистой стали сплошного сечения удельное давление осадки должно быть равно 1,5-2,5 кгс/мм², для сварки труб - 2,0- 3,5 кгс/мм². Для сварки труб из низколегированных сталей усилие осадки должно составлять 5-6 кгс/мм², а для труб из высоколегированной стали Х18Н9Т от 10 до 12 кгс/мм².

Некоторые конструкции  станков имеют на станине каретку для закрепления и перемещений сварочной горелки.

Горелки для газопрессовой  сварки многосопловые, с водяным  охлаждением. По конструкции они  различаются между собой в  зависимости от формы свариваемого изделия. Обычно для сварки стержней и труб горелки изготовляются разъемными, состоящими из двух половин, шарнирно связанных друг с другом. Для торцового нагрева и для сварки листов горелки делаются неразъемными.

Однорядные кольцевые  горелки с цилиндрической рабочей  поверхностью, применяемые для сварки стержней и труб, обычно характеризуются диаметром D_г, по которому располагаются сопла диаметром dc (обычно 0,6-0,8 мм), и шагом l_С (обычно 4-6 мм), с которым сопла расположены по периметру, определяемому D_г. Такое расположение сопел обеспечивает достаточно равномерный прогрев по периметру свариваемой поверхности. Учитывая, что при скоростях истечения горючей смеси ω = 110- 125 м/сек длина ядра пламени составляет 7-10 мм, а нагреваемая поверхность должна отстоять от ядра на 2-3 мм, значение D_г определяется в зависимости от диаметра D свариваемого изделия:

D_г = D + 2 h, (58)

где h - длина ядра пламени  плюс 2-3 мм.

где Fc - площадь сечения  одного сопла в м²;

m - коэффициент истечения  из цилиндрического сопла (0,85 - 0,9).

Удельный расход ацетилена, обеспечивающий необходимый  прогрев стыка при сварке сплошных сечений, составляет 1,5- 2,5 л/ч.мм2, а для  труб 1,8-2,2 л/ч.мм2 (при В =0,95 + 1). При  этом для стандартных труб диаметром 273 мм расход ацетилено-кислородной  смеси составляет 6-7,5 л/сек, а для труб диаметром 529 мм - 11-14 л/сек.

Для уменьшения количества сменных типовых размеров кольцевых горелок ВНИИавтогенмаш разработал конструкцию горелок  МГ со сменными ввертываемыми в корпус горелки мундштуками различной  длины. Серия горелок МГ позволяет варить трубы с толщиной стенок 3-14 мм и стержни диаметром 30-120 мм при мощности пламени 0,75-15 м³/ч ацетилена. Горелки во избежание недопустимого перегрева в процессе работы охлаждаются проточной водой.

Некоторые из станков имеют специальные устройства (например, пневмотурбинки) для колебаний горелки, требуемых для создания соответствующего нагрева стыка.

Система питания  газами включает регулирующие устройства, вентили, газовые рубильники и устройства для подачи и регулировки воды и воздуха. Все регулирующие устройства обычно выведены на пульт управления.

Технические характеристики стационарных станков для газопрессовой  сварки приведены в табл. 11.

Основным недостатком  газопрессовой сварки является то, что основные характеристики процесса - температура, время осадки - определяются на глаз и зависят целиком от квалификации сварщика. Предложенные ВНИИСТ и МВТУ им. Баумана способы автоматизации по времени нагрева и величине осадки недостаточно совершенны.

 

3. Технология газопрессовой сварки

Технология  газопрессовой сварки зависит от применяемого способа сварки в пластическом состоянии или с оплавлением  поверхности.

При сварке в  пластическом состоянии предъявляются  повышенные требования к подготовке свариваемых поверхностей. Они должны быть тщательно зачищены; для толщин более 6 мм лучше применять скос кромок, что обеспечивает более равномерное прогревание без местных перегревов и недогревов металла. Скос кромок при толщине стенок труб от 6 до 14 мм соответственно увеличивается от 8 до 25° (общий угол раскрытия получается двойным 16-50°).

При сварке стыка  круглых стержней или труб весьма важно собрать их под сварку соосно, так как даже незначительное несовпадение осей свариваемых элементов обычно приводит к значительному ухудшению  качества сварки.

Горелку ставят у стыка концентрично поверхности  свариваемого изделия, но смещают ее несколько вниз так, чтобы ядро пламени  в верхней части горелки располагалось  на 1-2 мм ближе к поверхности изделия, чем в нижней части. При строго концентричном расположении горелки нижняя часть стыка перегревается по сравнению с верхней. Пламя берется с небольшим избытком ацетилена (В = 0,95), так как в случае В = 1 в стыке обнаруживается более или менее значительная ферритная полоска с включениями окисленного железа, снижающая свойства сварного соединения.

Нагрев должен быть обеспечен достаточно равномерный  до температуры 1150-1250° С. Зависимость  свойств металла стыка от температуры  сварки представлена на рис. 72. Температура  определяется по цвету металла или, в некоторых отработанных технологических процессах, по времени нагрева (обычно для труб с толщиной стенок 6-7 мм около 100-150 сек).

Весьма важным для качества сварки является способ приложения и величина давления осадки. Характерные циклы нагрева и  давления при газопрессовой сварке приведены на рис. 73. При постоянном давлении (рис. 73, а), раннее начало осадки мешает нагреву нижней части свариваемой толщины и может способствовать ухудшению качества сварки. Более равномерный прогрев и, следовательно, лучшее качество сварки может быть обеспечено схемой со ступенчатым давлением (рис. 73, б).

В ряде случаев  по мере приближения к температуре  сварки, для большей равномерности  в распределении температур, горелке  придают колебательные движения (поперечные по отношению к стыку, реже вращательные для выравнивания температуры по периметру стыка).

Осадка, дающая хорошие результаты по качеству стыка, зависит от формы свариваемых  элементов. Так, при сварке сплошных стержней углеродистых сталей величина осадки обычно рекомендуется около 0,3 D (D-диаметр свариваемого стержня), а при сварке труб - от 1 до 1,3 б, где б - толщина стенок трубы.

Доброкачественно  сваренные стыки, как правило, обладают прочностью не ниже прочности целой  трубы, но имеют несколько пониженную пластичность (хотя обычно удовлетворяющую требованиям, предъявляемым к углу загиба) и резко сниженную ударную вязкость (до 20% от значения для основного металла - углеродистой стали), что определяется структурой перегретого металла в районе сварного соединения.

Для улучшения  пластических свойств и особенно ударной вязкости после сварки рекомендуется  дополнительная термообработка - нормализация, выполняемая той же горелкой. После  охлаждения стыка примерно до 600°  С (после снятия ковочного давления и выключения горелки) снова зажигается горелка, и металл в районе стыка и области перегрева вторично нагревается примерно до 950° С. Затем горелка снова гасится и снимается, а стык охлаждается на воздухе. В результате такой дополнительной термообработки структура металла в районе стыка получается мелкозернистой, и ударная вязкость его возрастает до 80-85% от ударной вязкости основного металла.