Газы, применяемые для сварки и резки металлов

1.

ема: «Газы, применяемые для сварки и резки металлов.
ель: изучение газов, применяемых для сварки и резки
еталлов, что является неотъемлемой задачей моей
рофессии.
адачи: составить презентацию в которой максимально
росто и удобно перечислены газы, применяемые
ри сварке и резке металлов и их значение.

2.

главление:
Газы, понятие-----------------------------------------------------3
Резка металлов------------------------------------------------4-5
Сварка металлов-------------------------------------------------6
Газы, применяемые в сварке и резке металлов—7-9
1. Кислород----------------------------------------------------------10
2. Ацетилен-------------------------------------------------------11-12
3. Заменители ацетилена---------------------------------------13

3.

3. Газ (газообразное состояние) (от нидерл. gas, восходит к
др.-греч. χάος) — одно из трёх агрегатных состояний
вещества, характеризующееся очень слабыми связями
между составляющими его частицами (молекулами,
атомами или ионами), а также их большой подвижностью.
Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в
промежутках между столкновениями, во время которых
происходит резкое изменение характера их движения.
Также термин «газ» можно определить как вещество,
температура которого равна или превышает критическую
точку, при такой температуре сжатие газа не приводит к
образованию жидкости. В этом и заключается отличие газа
от пара. При повышении давления насыщенный пар
частично превращается в жидкость, газ - нет.
Газообразное состояние вещества в условиях, когда
возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой
фазы этого же вещества, обычно называется паром.
Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и
сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей,
газы не имеют фиксированного объёма[1] и не образуют

4.

4. Что же такое сварка и резка металлов?
Резкой металлов называют отделение частей (заготовок) от
сортового, листового или литого металла. Различают
механическую (ножницами, пилами, резцами), ударную (рубка) и
термическую резку. Термической резкой называют обработку
металла (вырезку заготовок, строжку, создание отверстий)
посредством нагрева. Паз, образующийся между частями
металла в результате резки, называют резом. По форме и
характеру реза может быть разделительная и поверхностная
резка, по шероховатости поверхности реза - заготовительная и
чистовая. Термическая резка отличается от других видов
высокой производительностью при относительно малых
затратах энергии и возможностью получения заготовок любого,
сколь угодно сложного, контура при большой толщине металла.
Можно выделить три группы процессов термической резки:
окислением, плавлением и плавлением-окислением. При резке
окисление м металл в зоне резки нагревают до температуры его
воспламенения в кислороде, затем сжигают его в струе
кислорода, используя образующуюся теплоту для подогрева
следующих участков металла. Продукты сгорания выдувают из
реза струей кислорода и газов, образующихся при горении

5.

5. К резке окислением относятся газопламенная
(кислородная) и кислородно-флюсовая резка. При
резке плавлением металл в месте резки нагревают
мощным концентрированным источником тепла выше
температуры его плавления и выдувают
расплавленный металл из реза с помощью силы
давления дуговой плазмы,, реакции паров металла,
электродинамических и других сил, возникающих при
действии источника тепла, либо специальной струей
газа. К способам этой группы относятся дуговая,
воздушно-дуговая, сжатой дугой (плазменная),
лазерная и термогазоструйная резка. При резке
плавлением-окислением применяют одновременно оба
процесса, на которых основаны две предыдущие
группы способов резки. К способам этой группы
относятся кислородно-дуговая, кислородноплазменная, кислородно-лазерная резка.

6.

6. Теперь перейдем к процессу сварки металлов.
Сва́рка — процесс получения неразъёмных соединений
посредством установления межатомных связей между
свариваемыми частями при их местном или общем нагреве,
пластическом деформировании или совместном действии того
и другого[1].
Неразъёмное соединение, выполненное с помощью сварки,
называют сварным соединением[1]. Чаще всего с помощью
сварки соединяют детали из металлов. Однако сварку
применяют и для неметаллов — пластмасс, керамики или их
сочетания.
При сварке используются различные источники энергии:
электрическая дуга, электрический ток, газовое пламя, лазерное
излучение, электронный луч, трение, ультразвук. Развитие
технологий позволяет в настоящее время проводить сварку не
только в условиях промышленных предприятий, но в полевых
и монтажных условиях (в степи, в поле, в открытом море и т. п.),
под водой и даже в космосе. Процесс сварки сопряжён с
опасностью возгораний; поражений электрическим током;
отравлений вредными газами; поражением глаз и других частей
тела тепловым, ультрафиолетовым, инфракрасным излучением

7.

7. Ну что же, мы подошли к кульминации нашего вопроса.
А именно, к самим газам, которые применяются для сварки
и резки металлов.
Газовая сварка, при которой происходит плавление кромок
свариваемых деталей в высокотемпературном пламени газовой
горелки (рис. 1) с дальнейшим формированием шва, имеет по
сравнению со сваркой электродуговой как преимущества, так и
недостатки. К первым относится тот факт, что при помощи
данного метода можно сваривать практически любые
материалы, более того, чугун, медь, латунь и свинец даже легче
поддаются газовой сварке, чем дуговой. При этом отсутствует
потребность в применении дорогого и сложного оборудования,
а также в подключении к источнику электропитания. В то же
время газовую сварку обычно применяют для обработки
относительно тонких изделий, так как с увеличением толщины
свариваемого металла в результате сравнительно медленного
его прогрева пламенем и невысокой концентрации тепла резко
падает ее производительность. Кроме того, стоимость газов,
применяемых для создания высокотемпературного пламени,
достаточно высока, поэтому эксплуатационные расходы в
процессе газовой сварки часто оказываются выше, нежели для

8.

8. Температура пламени при газовой сварке должна быть не
меньше чем в два раза выше температуры плавления
свариваемого материала. Лучше всего удовлетворяет этому
условию ацетилен — при сжигании его в кислороде образуется
пламя с температурой порядка 3150 ˚С, что позволяет сваривать
практически любую сталь.
При этом в зависимости от соотношения ацетилен-кислород
горючая смесь может образовывать различные типы пламени,
по-разному влияющие на процесс сварки.
Нормальное пламя, образуется при подаче 1,1-1,3 объема
кислорода на один объем ацетилена. Этого недостаточно для
полного окисления горючего газа - как следствие в пламени
преобладает монооксид углерода(СО) и водород,
выделившийся при разложении ацетилена. Последний
защищает расплавленный металл шва от окисления.
Окончательное сгорание смеси до углекислого газа и воды
происходит за счет кислорода воздуха.
При подаче меньшего объема кислорода получается коптящее
науглероживающее пламя — недоокисленный углерод

9.

9. Впрочем, избыток кислорода пользы также не приносит.
Образующееся при этом окислительное пламя, хотя и
характеризуется повышенной температурой, однако сообразно
со своим названием окисляет металл шва, снижая его
прочностные свойства. Оказывается, что при большом избытке
кислорода и должном давлении он вообще может полностью
окислить металл, выдувая из рабочей зоны продукты его
сгорания. На этом принципе основана технология газовой резки.
При ней ацетиленовое пламя исполняет скорее
вспомогательную роль, подогревая место разреза до
температуры, при которой металл начинает сгорать в струе
чистого кислорода, подающегося в зону резки параллельно с
горючей смесью. Основная теплота при этом выделяется
именно за счет окисления металла. Логическим продолжением
данного метода является копьевая резка, которая применяется
для разрезания низкоуглеродистой и легированной стали
большой толщины. Более того, копьевая резка позволяет
справиться и с железобетоном. Сущность метода заключается в
прожигании отверстий стальной трубкой(копьем), по которой
под большим давлением подается кислород, при этом
необходимую для процесса теплоту получают окислением

10.

10. Теперь перейдем непосредственно к газам, которые
Участвуют при сварке и резке металлов, первый газ — кислород
Технический кислород различают по степени чистоты, так 1-ый
сорт содержит не менее 99,7% (объемных) кислорода, 2-й — не
менее 99,5%, 3-й — не менее 99,2%. Особенно большое значение
чистота кислорода имеет для кислородной резки.
С понижением содержания в нем газовых примесей
увеличивается скорость реза, и уменьшается расход самого
кислорода. Доставлять кислород к месту сварки можно как в
баллонах, так и в жидком состоянии.
В первом случае, полученный путем криогенной ректификации
из воздуха кислород закачивается в баллоны под давлением в
150-165 атм.
Второй метод, позволяющий уменьшить расходы на
содержание и транспортировку баллонов, заключается в
доставке жидкого кислорода прямо к месту сварки в
специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией с
последующим его испарением. При этом из 1 дм3 жидкости
получают 860 дм3 газообразного кислорода (при нормальных
условиях).

11.

11. Ацетилен
Ацетилен также можно либо получать в готовом виде на месте,
либо везти его издалека в баллонах. В первом случае
используются так называемые ацетиленовые генераторы, где
его получают реакцией карбида кальция с водой. Теоретически
одного килограмма чистого карбида достаточно для
образования 350 дм3 ацетилена, на практике же выход горючего
газа составляет не более 300 дм3/кг. Данный метод имеет
определенные недостатки, связанные с хлопотностью хранения
карбида кальция — он жадно поглощает воду из воздуха,
образуя взрывоопасные ацетилен-воздушные смеси.
Соответственно, загруженный в генератор кусок карбида
должен быть полностью превращен в ацетилен, а полученный
ацетилен — сожжен в горелке, во избежание проблем с
безопасностью труда. Отбор данного газа из баллона не создает
подобных трудностей.
В то же время, сама технология баллонного хранения и
перевозки ацетилена достаточно необычна, именно за счет его
чрезвычайной взрывоопасности. Которая понижается при
растворении ацетилена в ацетоне. В результате ацетиленовый

12.

12. Ацетилен
При 10 атм. в стандартном 40-литровом баллоне помещается
порядка 5 кг ацетилена, что эквивалентно 4,5 м3 газа при
нормальных условиях. Отбор ацетилена из баллона
нежелательно производить со скоростью выше 1,5 м3/ч, так как
при более интенсивной откачке газа из емкости уносится и
часть ацетона.
Таким образом, при больших объемах потребляемого ацетилена
имеет смысл использовать ацетиленовые генераторы, для не
столь масштабных работ более подходящим решением
является отбор газа из баллонов.
Ацетилен для закачки в баллоны получают как из карбида
кальция, так и при пиролизе природного газа. Отметим, что
контакт с оксидом меди резко снижает температуру
воспламенения ацетилена, поэтому при изготовлении
оборудования для работы с этим газом стараются избегать
использования медьсодержащих деталей.

13.

13. Заменители ацетилена
Дороговизна ацетилена зачастую вынуждает искать ему газызаменители, ведущее место среди которых занимает пропан,
или же пропан-бутановая смесь, обладающие высокой
теплотворной способностью. Впрочем, для
удовлетворительного сгорания пропана требуется примерно в
три раза больше кислорода, чем для ацетилена, что делает
выгодность его применения не столь однозначной. Самым же
большим недостатком пропана является более низкая, нежели у
ацетилена температура пламени, что существенно осложняет
его применение для сварки сталей. Поэтому пропан чаще
используют либо при сварке легко плавящихся цветных
металлов, либо для создания подогревающего пламени при
кислородной резке сталей.
Если все же пропановое пламя используют для сварки
углеродистых сталей, то приходится применять сварочную
проволоку, содержащую повышенную концентрацию кремния и
марганца, использующихся в качестве раскислителей, что
улучшает качество сварного соединения. Отметим, что большой
коэффициент объемного расширения пропана (и бутана)
накладывают ограничения на объем газа, который может быть